Today, there is an increasing demand for smart robots that can make decisions on their own and cooperate with humans in changing environments. The application areas for robotic arms with camera vision are likely to increase in the future of artificial intelligence as algorithms become more adaptable and intelligent than ever. The purpose of this bachelor’s thesis is to develop a robotic arm that recognises arbitrarily placed objects with camera vision and has the ability to pick and place the objects when they appear in unpredictable positions. The robotic arm has three degrees of freedom and the construction is modularised and 3D-printed with respect to maintenance, but also in order to be adaptive to new applications. The camera vision sensor is integrated in an external camera tripod with its field of view over the workspace. The camera vision sensor recognises objects through colour filtering and it uses an edge detection algorithm to return measurements of detected objects. The measurements are then used as input for the inverse kinematics, that calculates the rotation of each stepper motor. Moreover, there are three different angular potentiometers integrated in each axis to regulate the rotation by each stepper motor. The results in this thesis show that the robotic arm is able to pick up to 90% of the detected objects when using barrel distortion correction in the algorithm. The findings in this thesis is that barrel distortion, that comes with the camera lens, significantly impacts the precision of the robotic arm and thus the results. It can also be stated that the method for barrel distortion correction is affected by the geometry of detected objects and differences in illumination over the workspace. Another conclusion is that correct illumination is needed in order for the vision sensor to differentiate objects with different hue and saturation. / Idag ökar efterfrågan på smarta robotar som kan ta egna beslut och samarbeta med människor i föränderliga miljöer. Tillämpningsområdena för robotar med kamerasensorer kommer sannolikt att öka i en framtid av artificiell intelligens med algoritmer som blir mer intelligenta och anpassningsbara än tidigare. Syftet med detta kandidatexamensarbete är att utveckla en robotarm som, med hjälp av en kamerasensor, kan ta upp och sortera godtyckliga objekt när de uppträder på oförutsägbara positioner. Robotarmen har tre frihetsgrader och hela konstruktionen är 3D-printad och modulariserad för att vara underhållsvänlig, men också anpassningsbar för nya tillämpningsområden. Kamerasensorn ¨ar integrerad i ett externt kamerastativ med sitt synfält över robotarmens arbetsyta. Kamerasensorn detekterar objekt med hjälp av en färgfiltreringsalgoritm och returnerar sedan storlek, position och signatur för objekten med hjälp av en kantdetekteringsalgoritm. Objektens storlek används för att kalibrera kameran och kompensera för den radiella förvrängningen hos linsen. Objektens relativa position används sedan till invers kinematik för att räkna ut hur mycket varje stegmotor ska rotera för att erhålla den önskade vinkeln på varje axel som gör att gripdonet kan nå det detekterade objektet. Robotarmen har även tre olika potentiometrar integrerade i varje axel för att reglera rotationen av varje stegmotor. Resultaten i denna rapport visar att robotarmen kan detektera och plocka upp till 90% av objekten när kamerakalibrering används i algoritmen. Slutsatsen från rapporten är att förvrängningen från kameralinsen har störst påverkan på robotarmens precision och därmed resultatet. Det går även att konstatera att metoden som används för att korrigera kameraförvrängningen påverkas av geometrin samt orienteringen av objekten som ska detekteras, men framför allt variationer i belysning och skuggor över arbetsytan. En annan slutsats är att belysningen över arbetsytan är helt avgörande för om kamerasensorn ska kunna särskilja objekt med olika färgmättad och nyans.

In the medtech industry models of the cardiiovascular systems and simulations are valuable tools for the development of new products ad therapies. The simulator Aplysia has been developed over several decade and is able to replicate a wide range of phenomena involved in the physiology and pathophysiology of breathing and circulation. Aplysia is also able to simulate the hemodynamics phenomena starting from a set of patient model parameters enhancing the idea of a "digital twin", i.e. a patient-specific representative simulation. Having a good starting estimate of the patient model parameters is a crucial aspect to start the simulation. A first estimate can be given by looking at patient monitoring data but medical expertise is required. The goal of this thesis is to address the parameter estimation task by developing machine learning and deep learning model to give an estimate of the patient model parameter starting from a set of time-varying data that we will refers as state variables. Those state variables are descriptive of a specific patient and for our project we will generate them through Aplysia starting from the simulation presets already available in the framework. Those presets simulates different physiologies, from healthy cases to different cardiovascular diseases. The thesis propose a comparison between a machine learning pipeline and more complex deep learning architecture to simultaneously predicting all the model parameters. This task is referred as Multi Target Regression (MTR) so the performances will be assessed in terms of MTR performance metrics. The results shows that a gradient boosting regressor with a regressor-stacking approach achieve overall good performances, still it shows some lack of performances on some target model parameters. The deep learning architectures did not produced any valuable results because of the amount of our data: to deploy deep architectures such as ResNet or more complex Convolutional Neural Network (CNN) we need more simulations then the one that were done for this thesis work. / Simulatorn Aplysia har under flera decennier utvecklats för forskning och FoU inom området kardiovaskulära systemmodeller och simuleringar och kan idag replikera ett brett spektrum av fenomen involverade i andningens och cirkulationens fysiologi och patofysiologi. Aplysia kan också simulera hemodynamiska fenomen med utgångspunkt från en uppsättning patientmodellparametrar och detta förstärker idén om en digital tvilling", det vill säga en patientspecifik representativ simulering. Att ha en bra startuppskattning av patientmodellens parametrar är en avgörande aspekt för att starta simuleringen. En första uppskattning kan ges genom att titta på patientövervakningsdata men medicinsk expertis krävs för tolkningen av sådana data. Målet med denna mastersuppsats är att addressera parameteruppskattningsuppgiften genom att utveckla maskininlärnings-och djupinlärningsmodeller för att erhålla en uppskattning av patientmodellparametrar utgående från en uppsättning tidsvarierande data som vi kommer att referera till som tillståndsvariabler. Dessa tillståndsvariabler är beskrivande för en specifik patient och för vårt projekt kommer vi att generera dem med hjälp av Aplysia med utgångspunkt från de modellförinställningar som redan finns tillgängliga i ramverket. Dessa förinställningar simulerar olika fysiologier, från friska fall till olika hjärt-kärlsjukdomar. Uppsatsen presenterar en jämförelse mellan en maskininlärningspipeline och en mer komplex djupinlärningsarkitektur för att samtidigt förutsäga alla modellparametrar. Denna uppgift bygger på MTR så resulterande prestanda kommer att bedömas i termer av MTR prestationsmått. Resultaten visar att en gradientförstärkande regressor med en regressor-stacking-metod uppnår överlag goda resultat, ändå visar den en viss brist på prestanda på vissa målmodellparametrar. Deep learning-arkitekturerna gav inga värdefulla resultat på grund av den begränsade mängden av data vi kunde generera. För att träna djupa arkitekturer som ResNet eller mer komplexa CNN behöver vi fler simuleringar än den som gjordes för detta examensarbete.

In the event of a radioactive release in an urban environment the consequent response mustbe swift and precise. As soon as first responders have correct information, they can make anaccurate risk assessment. However, if the position, release rate and time of the radioactiverelease is unknown it is hard to know how the pollutant will spread. This thesis aims to testa model which approximates these three unknowns using weather data (wind and rain) as wellas measurement data collected at sensors placed around an urban environment. An atmospheric dispersion model based on an existing Reynolds Averaged Navier-Stokes modelis set up in two geometries of different complexity to create forward mode synthetic depositiondata and adjoint mode concentration fields resulting from a fixed dry deposition velocity andscavenging effect for wet deposition. Variations of time- and space-dependent rainfall is simu-lated. The resulting data is used in an existing optimization model, where a parameter studyis conducted regarding regularization coefficients. This thesis shows that the optimization model accurately estimates position and its approximaterelease rate of a 2D geometry of radioactive releases using a logarithmic optimization approach,and fail to do so using a linear optimization approach. The logarithmic optimization model alsoapproximately estimates position and release rate in a 3D geometry. Regularization parametersshould be within the range of 0.1 and 1.2 depending on rain. More rain requires smallerparameters and will estimate a lower release rate. Time-dependent rainfall is shown to have amajor negative effect on simulation time.iii

Für die Optimierung akustischer Eigenschaften von Räumen ist die Verbesserung deren numerischer Simulationen von entscheidender Bedeutung. Im unteren Frequenzbereich hängt in vielen Fällen die Qualität der Lösungen stark von der Kenntnis akustischer Wandadmittanzen ab. Die vorliegende Arbeit umfasst die Entwicklung und Untersuchung verschiedener auf deterministischen Diskretisierungen des akustischen Randwertproblems basierender Formulierungen zur globalen Bestimmung frequenzabhängiger Admittanzparameter. Mit Admittanzen kann das Reflexions- und Absorptionsverhalten von Wänden quantifiziert werden. Der vorgestellte Ansatz der globalen Admittanzbestimmung in Innenräumen ermöglicht die Berücksichtigung schrägen Schalleinfalls. Die Methode sieht ein Experiment vor, bei dem das Schallfeld mit Mikrofonen abgetastet, alle vorhandenen Schallquellen bestimmt sowie die Geometrie des akustischen Raumes erfasst werden. Mit den in der Arbeit entwickelten Algorithmen wird eine globale Admittanzverteilung für den gesamten Rand aus diesen Daten berechnet. Mit Hilfe erfolgreich identifizierter Admittanzverläufe sollen Simulationen niederfrequenter Wellenausbreitungen in Räumen auch komplizierter Geometrien und Oberflächenbeschaffenheiten durch Hinzunahme von Admittanzrandbedingungen ermöglicht und verbessert werden. Die Bestimmung von Wandadmittanzen aus partiell bekannten Schalldruckwerten wird mathematisch als inverses Problem eingeordnet. Für die inversen Algorithmen werden die Methoden der Randelemente (BE) und der finiten Elemente (FE) zur Diskretisierung des akustischen Randwertproblems verwendet. Aus den Gleichungen der BE-Diskretisierung lässt sich ein schlecht konditioniertes, aber dafür lineares Gleichungssystem für das inverse Problem finden, während die FE-basierte Formulierung ein nichtlineares, aufgrund der Komplexität des Problems meist ebenfalls schlecht konditioniertes Optimierungsproblem darstellt. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Gegenüberstellung der linearen und nichtlinearen Algorithmen des inversen Problems in Hinblick auf deren Herleitungen, die umgesetzten Berechnungsverfahren und der sich stark unterscheidenden Lösungsqualitäten. Untersuchungen der Admittanzrekonstruktion an zwei- und dreidimensionalen theoretischen Modellen verdeutlichen die Einflüsse der Modellgenauigkeit, des Messumfanges und des Messrauschens auf die Ergebnisse der inversen Algorithmen. Anhand der Anwendung auf Messdaten eines bei Brüel & Kjaer durchgeführten Experimentes wird das inverse Verfahren der globalen Admittanzbestimmung einem Praxistest unterzogen. / Reflection and absorption of sound waves on boundaries play a determining role for the optimization of acoustical properties in closed rooms. Above all the geometry and dynamic behavior of the wall structure are responsible for it. These boundary terms are quantifiable within the scope of numerical acoustics by the so-called admittance boundary conditions of the acoustical boundary value problem. Especially at low frequencies the quality of acoustical simulation depends strongly on the recognition of boundary admittances. The present work includes the development of two different inverse algorithms based on deterministic discretization methods for the global determination of frequency-dependent boundary admittance parameters. The approach of global determination of admittances allows to take account for non-perpendicular wave incident. For the method to work an experiment shall be initially conducted. In that process all present sound sources and microphone arrays scanning the sound field must be located and measured and a model of the geometry of the room needs to be created. The developed algorithms calculate then a global admittance distribution based on this data. Using successfully identified admittance characteristics as admittance boundary condition, low frequency simulation in rooms of complex geometry and arbitrary consistency of the surface shall be improved. Identifying boundary admittances out of partially measured sound pressure data is classifiable as inverse acoustic problem. In order to develop inverse formulations the acoustical boundary value problem is discretized by means of the Boundary Element and the Finite Element Method. The inverse formulation of the Boundary Element equations composes an ill-posed but linear system of equations. In contrast, based on Finite Elements only a nonlinear optimization problem can be set up that often features a bad condition due to the complexity of the inverse problem. The comparison of these linear and nonlinear algorithms of the inverse acoustic problem of global determination of boundary admittances in respect of derivation, implemented solution techniques and differing solution qualities states an essential result of this work. The investigation of admittance reconstruction at two and three-dimensional theoretical models reveal the influences of model accuracy, measurement expense and noise on measured data onto the results of both inverse algorithms. Finally, the problem of global admittance determination is subjected to experimentally obtained data (at Brüel & Kjaer) in order to check for practical applicability.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-10-11T20:48:08Z No. of bitstreams: 1 MarceloDamascenoDeMelo_TESE.pdf: 2910788 bytes, checksum: 7a6cf94738a8f5339537bc4eca9e187f (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-10-14T00:30:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MarceloDamascenoDeMelo_TESE.pdf: 2910788 bytes, checksum: 7a6cf94738a8f5339537bc4eca9e187f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T00:30:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarceloDamascenoDeMelo_TESE.pdf: 2910788 bytes, checksum: 7a6cf94738a8f5339537bc4eca9e187f (MD5) Previous issue date: 2016-03-07 / Verificar a identidade de usu?rios ? um problema enfrentado diariamente por pessoas e sistemas que autorizam o acesso de pessoas levando em conta caracter?sticas f?sicas e documentos apresentados. Entretanto, esfor?os ainda precisam ser aplicados na resolu??o de quest?es relacionadas a precis?o do sistema verificador e na falsifica??o de objetos e informa??es pessoais.Assim, o uso de biometria pode minimizar ou resolver estas dificuldades. Infelizmente, a substitui??o de tra?os biom?tricos em caso de comprometimento na seguran?a de sistemas biom?tricos ? dificultoso. Deste modo, o uso de fun??es n?o invers?veis ? proposto com o objetivo de distorcer os tra?os biom?tricos, adicionando assim a caracter?stica cancel?vel aos dados biom?tricos. Esta tese analisa algumas solu??es para verifica??o de usu?rios atrav?s do uso de biometrias comportamentais cancel?veis. Especificamente, as solu??es s?o baseadas no TouchAlytics, uma base de dados com tra?os realizados por usu?rios em uma tela touchscreen presente em smartphones. As solu??es analisadas contituem no uso de classificadores e comit? de classificadores para resolu??o do problema de verifica??o de usu?rios. Al?m das solu??es descritas, esta tese analisa o uso de m?ltiplos template biom?trico cancel?veis utilizando um comit? de classificadores (Esquemas de Prote??o de Privacidade M?ltipla). Esta tese tamb?m apresenta uma discuss?o facetada do impacto da chave em uma fun??o cancel?vel. Para isso, apresentamos um estudo emp?rico na qual utiliza chave ?nica ou chaves diferentes para prote??o dos templates biom?tricos dos usu?rios. Al?m disso, um estudo do impacto do tamanho da chave na precis?o de um sistema de verifica??o biom?trico ? discutido. A partir dos resultados encontrados, a gerac?o e armazenamento da chave cancel?vel em telefones m?veis ? analisado. N?s demostramos que o uso de fun??es de tranforma??o geralmente fornece performance similar ou superior a performance dos templates sem prote??o (dados Original), exceto usando a func?o BioHashing. O uso de m?ltiplos templates protegidos processados por comit?s de maquina superaram os resultados do uso de classificadores e comit?s de m?quina. Al?m do mais, n?s mostramos que os sistemas biom?tricos que utilizam templates cancel?veis preservam a privacidade do usu?rio, ou seja, fornecem baixa Taxa de Falsa Aceita??o e Falsa Rejei??o em ataques de chave desconhecida e performance similar a templates desprotegidos em ataques com chave conhecida. Baseado nos experimentos de comprimento de chave, n?s observamos uma melhora cont?nua quando o comprimento da chave aumenta nas fun??es Interpola??o e BioHashing em ambos os ataques de chave. A fun??o Soma Dupla teve melhora inferior mas o importante ? que a performance n?o diminui com o aumento do comprimento da chave. Concluindo, baseado em nossos resultados, n?s propomos o uso de uma chave de usu?rio ?nica gerada por sistema para autentica??o de usu?rio em dispositivos m?veis usando m?ltiplos templates biom?tricos cancel?veis. / The verification of user identity is a faced daily problem to people or system that authorize the acess of people taking account the physical and document characteristics.However, efforts need to be spend to resolve related questions to accuracy of verification system and in the falsification of objects and personal information.Thus, biometrics proposes minimize and resolve these difficulties.Unfortunately, the substitution of biometric traces in the case of compromise is difficult.Hence, the use of non-invertible functions is proposed to distort the biometric traces.Consequently, this procedures allows that biometric templates becomes cancelable or revocable.This thesis analysis some solution to user verification using cancelable behavioural biometrics.The analysed solutions are based on the use of single classifiers and ensemble system to resolve the user verification problem.In addition, this thesis analysis the use of multiple cancelable templates using ensemble system (Multiple-Privacy Protection Schemes).This thesis also presents a discussion of key impact in a cancelable function.Thus, we show a empiric study of use of single or different key values to enrolled users.Moreover, a study of the impact of key length is discussed based on the accuracy of biometric system.Based on the results, it is discussed the generation and storage of cancelable keys in mobile devices. In summary, we have demonstrated that the use of a transformation function usually provides similar or better performance than Original biometric data, except in BioHashing function.In addition, the use of multiple protected templates processed by ensemble system outperformed the previous results in single classifiers and ensemble system.Moreover, we showed that biometric system with cancelable templates preserves the user privacy, i.e, it provides lower False Acceptance and False Rejection Errors in Unknown Key attacks and similar performance to unprotected biometric samples in Known Key Attacks.Based on key length experiments, we observe a perceptible continuous improvement when the key increases in Interpolation and BioHashing method in both key knowledge attacks.In contrast, Double Sum have minor improvements but the most important is the performance does not decrease when the key increases.In conclusion, based on our findings, we proposes the use of a key generated by system to authenticate users in mobile devices using cancelable biometric templates.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WilaciEFJ.pdf: 1838358 bytes, checksum: 40ec11f34b65cc0544a9b15c91dae65a (MD5) Previous issue date: 2002-04-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The present work had as objective to apply an experimental planning aiming at to improve the efficiency of separation of a new type of mixer-settler applied to treat waste water contaminated with oil. An unity in scale of laboratory, was installed in the Post-graduation Program of Chemical Engineering of UFRN. It was constructed in partnership with Petrobras S.A. This called device Misturador-Decantador a Invers?o de Fases (MDIF) , possess features of conventional mixer-settler and spray column type. The equipment is composed of three main parts: mixing chamber; chamber of decantation and chamber of separation. The efficiency of separation is evaluated analyzing the oil concentrations in water in the feed and the output of the device. For the analysis one used the gravimetric method of oil and greases analysis (TOG). The system in study is a water of formation emulsified with oil. The used extractant is a mixture of Turpentine spirit hydro-carbons, supplied for Petrobras. It was applied, for otimization of the efficiency of separation of the equipment, an experimental planning of the composite central type, having as factorial portion fractionary factorial planning 2 5-2, with the magnifying of the type star and five replications in the central point. In this work, the following independents variables were studied: contents of oil in the feed of the device; volumetric ratio (O/A); total flowrate ; agitation in the mixing chamber and height of the organic bed. Minimum and maximum limits for the studied variables had been fixed according previous works. The analysis of variance for the equation of the empirical model, revealed statistically significant and useful results for predictions ends. The variance analysis also presented the distribution of the error as a normal distribution and was observed that as the dispersions do not depend on the levels of the factors, the independence assumption can be verified. The variation around the average is explained by 98.98%, or either, equal to the maximum value, being the smoothing of the model in relation to the experimental points of 0,98981. The results present a strong interaction between the variable oil contents in the feed and agitation in the mixing chamber, having great and positive influence in the separation efficiency. Another variable that presented a great positive influence was the height of the organic bed. The best results of separation efficiency had been obtained for high flowrates when associates the high oil concentrations and high agitation. The results of the present work had shown excellent agreement with the results carried out through previous works with the mixer-settler of phase inversion / O presente trabalho teve como objetivo otimizar a efici?ncia de separa??o de um novo aparelho do tipo misturador-decantador aplicado ao tratamento de ?guas residu?rias contaminadas com petr?leo. Foi utilizado um equipamento em escala de laborat?rio, instalado no Programa de P?s-gradua??o em Engenharia Qu?mica da UFRN, que foi constru?do em parceria com a Petrobras S.A. Este aparelho denominado Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases (MDIF), possui caracter?sticas de um misturador-decantador convencional e de uma coluna tipo spray. O equipamento ? composto de tr?s partes principais: c?mara de mistura; c?mara de decanta??o e c?mara de separa??o. A efici?ncia de separa??o ? avaliada analisando-se as concentra??es de ?leo em ?gua na alimenta??o e na sa?da do aparelho. Para a an?lise utilizou-se o m?todo da an?lise de ?leo e graxas (TOG) por gravimetria. O sistema em estudo ? uma ?gua de forma??o emulsionada com ?leo. O extratante utilizado ? uma mistura de hidrocarbonetos denominada de Aguarr?s, fornecido pela Petrobras. Aplicou-se, para a otimiza??o da efici?ncia de separa??o do equipamento, um planejamento experimental do tipo central composto, tendo como por??o fatorial o planejamento fatorial fracion?rio 2 5-2, com a amplia??o do tipo estrela e cinco repeti??es no ponto central. Neste trabalho, estudam-se as seguintes vari?veis independentes: teor de ?leo na ?gua residu?ria de carga da coluna; rela??o volum?trica org?nico/aquoso (O/A); vaz?o efetiva total; agita??o na c?mara de mistura e altura do leito org?nico. Foram fixados limites m?nimos e m?ximos para as vari?veis estudadas de acordo com trabalhos realizados anteriormente. A an?lise de vari?ncia para a equa??o do modelo emp?rico, mostrou-se estatisticamente significante e ?til para fins preditivos. A an?lise de vari?ncia tamb?m apresentou a distribui??o do erro como uma distribui??o normal e observou-se que como as dispers?es n?o dependem dos n?veis dos fatores, a suposi??o de independ?ncia pode ser verificada. A varia??o em torno da m?dia ? explicada por 98,98%, ou seja, igual ao valor m?ximo explic?vel, sendo o ajuste do modelo em rela??o aos pontos experimentais de 0.98981. Os resultados apresentam uma intera??o muito forte entre as vari?veis teor de ?leo e agita??o na c?mara de mistura, tendo grande e positiva influ?ncia na efici?ncia de separa??o. Outra vari?vel que apresentou-se com grande e positiva influ?ncia foi a altura do leito org?nico. Os melhores resultados de efici?ncia de separa??o foram obtidos para altas vaz?es quando associadas a altas concentra??es de ?leo e alta agita??o. Os resultados obtidos no presente trabalho mostraram excelente concord?ncia com os resultados de trabalhos anteriores realizados com o misturador-decantador ? invers?o de fases

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NorbertoAM_TESE.pdf: 2336588 bytes, checksum: 940ad1b0befe8c431d2e9fb731a885b6 (MD5) Previous issue date: 2011-09-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This work aims to determine a better methodology to help predicting some operational parameters to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The data from this research were obtained from the wastewater treatment unit, called MSPI-TU, installed on a wastewater treatment plant (WTP) of PETROBRAS/UO-RNCE. The importance in determining the better methodology to predict the results of separation and extraction efficiency of the equipment, contributes significantly to determine the optimum operating variables for the control of the unit. The study was based on a comparison among the experimental efficiency (E) obtained by operating MSPI-TU, the efficiency obtained by experimental design equation (Eplan) from the software Statistica Experimental Design? (version 7.0), and the other obtained from a modeling equation based on a dimensional analysis (Ecalc). The results shows that the experimental design equation gives a good prediction of the unit efficiencies with better data reliability, regarding to the condition before a run operation. The average deviation between the proposed by statistic planning model equation and experimental data was 0.13%. On the other hand, the efficiency calculated by the equation which represents the dimensional analysis, may result on important relative deviations (up 70%). Thus, the experimental design is confirmed as a reliable tool, with regard the experimental data processing of the MSPI-TU / Este trabalho objetiva determinar a melhor metodologia para auxiliar na predi??o de vari?veis operacionais de um novo design de misturador-decantador aplicado ao tratamento de ?guas produzidas da ind?stria do petr?leo, que vem sendo denominado de MDIF (Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases). Os dados utilizados neste estudo foram obtidos da Unidade de Tratamento de ?guas produzidas, denominada de UT-MDIF, que se encontra instalada em uma das esta??es de tratamento de efluentes (ETE) da PETROBRAS/UORNCE. A import?ncia em determinar a melhor metodologia que permita a predi??o dos resultados das efici?ncias de separa??o e extra??o do equipamento, contribui de forma significativa para otimiza??o das vari?veis operacionais para o controle da unidade. O estudo se baseou na compara??o dos resultados das efici?ncias experimentais (E) obtidas pela UTMDIF, com os resultados das efici?ncias obtidas pela equa??o do modelo do planejamento estat?stico (Eplan), gerado pelo programa Statistica Experimental Design? (vers?o 7.0), e com a utiliza??o de uma equa??o utilizando modelagem com base em an?lise dimensional (Ecalc). Os resultados mostram que a equa??o decorrente do planejamento estat?stico ? capaz de predizer, com boa aproxima??o, os resultados de efici?ncia a serem obtidos com a unidade, possibilitando uma melhor confiabilidade dos dados, no que se refere ? condi??o que antecede uma corrida operacional. O desvio m?dio entre a equa??o proposta e os dados experimentais ? de 0,13%. Por outro lado, a efici?ncia calculada pela equa??o da an?lise dimensional pode apresentar desvios relativos importantes (at? 70%). Desta forma, o planejamento estat?stico experimental se confirma como sendo uma ferramenta confi?vel, no que se refere ao tratamento dos dados experimentais da UT-MDIF

Für die Optimierung akustischer Eigenschaften von Räumen ist die Verbesserung deren numerischer Simulationen von entscheidender Bedeutung. Im unteren Frequenzbereich hängt in vielen Fällen die Qualität der Lösungen stark von der Kenntnis akustischer Wandadmittanzen ab. Die vorliegende Arbeit umfasst die Entwicklung und Untersuchung verschiedener auf deterministischen Diskretisierungen des akustischen Randwertproblems basierender Formulierungen zur globalen Bestimmung frequenzabhängiger Admittanzparameter. Mit Admittanzen kann das Reflexions- und Absorptionsverhalten von Wänden quantifiziert werden. Der vorgestellte Ansatz der globalen Admittanzbestimmung in Innenräumen ermöglicht die Berücksichtigung schrägen Schalleinfalls. Die Methode sieht ein Experiment vor, bei dem das Schallfeld mit Mikrofonen abgetastet, alle vorhandenen Schallquellen bestimmt sowie die Geometrie des akustischen Raumes erfasst werden. Mit den in der Arbeit entwickelten Algorithmen wird eine globale Admittanzverteilung für den gesamten Rand aus diesen Daten berechnet. Mit Hilfe erfolgreich identifizierter Admittanzverläufe sollen Simulationen niederfrequenter Wellenausbreitungen in Räumen auch komplizierter Geometrien und Oberflächenbeschaffenheiten durch Hinzunahme von Admittanzrandbedingungen ermöglicht und verbessert werden. Die Bestimmung von Wandadmittanzen aus partiell bekannten Schalldruckwerten wird mathematisch als inverses Problem eingeordnet. Für die inversen Algorithmen werden die Methoden der Randelemente (BE) und der finiten Elemente (FE) zur Diskretisierung des akustischen Randwertproblems verwendet. Aus den Gleichungen der BE-Diskretisierung lässt sich ein schlecht konditioniertes, aber dafür lineares Gleichungssystem für das inverse Problem finden, während die FE-basierte Formulierung ein nichtlineares, aufgrund der Komplexität des Problems meist ebenfalls schlecht konditioniertes Optimierungsproblem darstellt. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Gegenüberstellung der linearen und nichtlinearen Algorithmen des inversen Problems in Hinblick auf deren Herleitungen, die umgesetzten Berechnungsverfahren und der sich stark unterscheidenden Lösungsqualitäten. Untersuchungen der Admittanzrekonstruktion an zwei- und dreidimensionalen theoretischen Modellen verdeutlichen die Einflüsse der Modellgenauigkeit, des Messumfanges und des Messrauschens auf die Ergebnisse der inversen Algorithmen. Anhand der Anwendung auf Messdaten eines bei Brüel & Kjaer durchgeführten Experimentes wird das inverse Verfahren der globalen Admittanzbestimmung einem Praxistest unterzogen. / Reflection and absorption of sound waves on boundaries play a determining role for the optimization of acoustical properties in closed rooms. Above all the geometry and dynamic behavior of the wall structure are responsible for it. These boundary terms are quantifiable within the scope of numerical acoustics by the so-called admittance boundary conditions of the acoustical boundary value problem. Especially at low frequencies the quality of acoustical simulation depends strongly on the recognition of boundary admittances. The present work includes the development of two different inverse algorithms based on deterministic discretization methods for the global determination of frequency-dependent boundary admittance parameters. The approach of global determination of admittances allows to take account for non-perpendicular wave incident. For the method to work an experiment shall be initially conducted. In that process all present sound sources and microphone arrays scanning the sound field must be located and measured and a model of the geometry of the room needs to be created. The developed algorithms calculate then a global admittance distribution based on this data. Using successfully identified admittance characteristics as admittance boundary condition, low frequency simulation in rooms of complex geometry and arbitrary consistency of the surface shall be improved. Identifying boundary admittances out of partially measured sound pressure data is classifiable as inverse acoustic problem. In order to develop inverse formulations the acoustical boundary value problem is discretized by means of the Boundary Element and the Finite Element Method. The inverse formulation of the Boundary Element equations composes an ill-posed but linear system of equations. In contrast, based on Finite Elements only a nonlinear optimization problem can be set up that often features a bad condition due to the complexity of the inverse problem. The comparison of these linear and nonlinear algorithms of the inverse acoustic problem of global determination of boundary admittances in respect of derivation, implemented solution techniques and differing solution qualities states an essential result of this work. The investigation of admittance reconstruction at two and three-dimensional theoretical models reveal the influences of model accuracy, measurement expense and noise on measured data onto the results of both inverse algorithms. Finally, the problem of global admittance determination is subjected to experimentally obtained data (at Brüel & Kjaer) in order to check for practical applicability.

The standard model of particle physics can excellently describe the vast majorityof data of particle physics experiments. However, in its simplest form, it cannot account for the fact that the neutrinos are massive particles and lepton flavorsmixed, as required by the observation of neutrino oscillations. Hence, the standardmodel must be extended in order to account for these observations, opening up thepossibility to explore new and interesting physical phenomena. There are numerous models proposed to accommodate massive neutrinos. Thesimplest of these are able to describe the observations using only a small numberof effective parameters. Furthermore, neutrinos are the only known existing particleswhich have the potential of being their own antiparticles, a possibility that isactively being investigated through experiments on neutrinoless double beta decay.In this thesis, we analyse these simple models using Bayesian inference and constraintsfrom neutrino-related experiments, and we also investigate the potential offuture experiments on neutrinoless double beta decay to probe other kinds of newphysics. In addition, more elaborate theoretical models of neutrino masses have beenproposed, with the seesaw models being a particularly popular group of models inwhich new heavy particles generate neutrino masses. We study low-scale seesawmodels, in particular the resulting energy-scale dependence of the neutrino parameters,which incorporate new particles with masses within the reach of current andfuture experiments, such as the LHC. / Standardmodellen för partikelfysik beskriver den stora majoriteten data från partikelfysikexperimentutmärkt. Den kan emellertid inte i sin enklaste form beskrivadet faktum att neutriner är massiva partiklar och leptonsmakerna är blandande,vilket krävs enligt observationerna av neutrinooscillationer. Därför måste standardmodellenutökas för att ta hänsyn till detta, vilket öppnar upp möjligheten att utforska nya och intressanta fysikaliska fenomen. Det finns många föreslagna modeller för massiva neutriner. De enklaste av dessakan beskriva observationerna med endast ett fåtal effektiva parametrar. Dessutom är neutriner de enda kända befintliga partiklar som har potentialen att vara sinaegna antipartiklar, en möjlighet som aktivt undersöks genom experiment på neutrinolöst dubbelt betasönderfall. I denna avhandling analyserar vi dessa enkla modellermed Bayesisk inferens och begränsningar från neutrinorelaterade experiment och undersöker även potentialen för framtida experiment på neutrinolöst dubbelt betasönderfall att bergänsa andra typer av ny fysik. Även mer avancerade teoretiska modeller för neutrinomassor har föreslagits, med seesawmodeller som en särskilt populär grupp av modeller där nya tunga partiklargenererar neutrinomassor. Vi studerar seesawmodeller vid låga energier, i synnerhetneutrinoparametrarnas resulterande energiberoende, vilka inkluderar nya partiklarmed massor inom räckh°all för nuvarande och framtida experiment såsom LHC. / <p>QC 20130830</p>

Industriedampfturbinen weisen zwischen ihren Leitgitterträgern und dem Außengehäuse dampfgefüllte Seitenräume auf, die in ihrer Form und in ihren Abmessungen stark variieren. Der durch die Wirbelstrukturen im Seitenraum induzierte erzwungene konvektive Wärmeübergang bestimmt das thermomechanische Verhalten des Gehäuses maßgeblich. Bislang existiert jedoch noch kein verallgemeinerungsfähiges Wissen zum lokalen Wärmeübergang in Gehäuseseitenräumen. Mittels des neu konzipierten Seitenraumversuchsstandes „SiSTeR“ sind erstmalig systematische experimentelle Untersuchungen zum Wärmeübergang in skalierten, generisch variablen Totraummodellen in Luftströmung durchgeführt worden. Die Bestimmung lokal aufgelöster Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) erfolgt mittels zweier unabhängiger rückwirkungsarmer Messverfahren mit geringem Wärmeeintrag. Für die stationäre inverse Methode wurden Materialtemperaturen in der Totraumaußenwand gemessen und mittels verschiedener thermischer Ersatzmodelle, die sich hinsichtlich ihrer Komplexität, Berechnungsdauer und Genauigkeit unterscheiden, umgewertet. Die Unsicherheit der aus den Temperaturen berechneten WÜK liegt bei allen eingesetzten inversen Verfahren deutlich unter 10 %, mit Ausnahme der äußersten Randbereiche des Seitenraumes. Die WÜK-Verteilung im Totraum kann in guter Näherung mit einer parametrisierten Gauß’schen Glockenkurve approximiert werden. Neben der Reynolds-Zahl in der Hauptströmung stellt die Breite des Einströmspaltes zum Seitenraum einen Haupteinflussparameter auf den Wärmeübergang dar. Es wurde eine Nusselt-Korrelation entwickelt, die alle experimentell ermittelten Werte zufriedenstellend abbildet und dafür geeignet ist, innerhalb ihrer Gültigkeitsgrenzen detaillierte WÜK-Verläufe für beliebige Seitenräume in Turbinen und Strömungsverhältnisse zu berechnen. Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen erfolgte die Nachrechnung ausgewählter Versuchskonfigurationen mittels numerischer Strömungssimulation.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand des Wissens 2.1 Strömung und Wärmeübergang in Seitenräumen von Dampfturbinen 2.2 Strömung in Kavitäten mit T- und L-förmigem Querschnitt 2.3 Wärmeübergang in Kavitäten mit quadratischem Querschnitt 2.4 Notwendigkeit und Ausgangslage der Untersuchungen 2.5 Überblick über aktuelle Forschungstätigkeiten auf dem Gebiet 3 Zielstellung, Methodik und Lösungsweg 4 Versuchsaufbau und -durchführung 4.1 Seitenraumversuchsstand „SiSTeR“ 4.1.1 Versuchsstandkonzept 4.1.2 Dimensionierung und Skalierung der Modellgeometrie 4.1.3 Experimentelle Implementierung des Versuchsstandes 4.1.4 Versuchsanlage zur geregelten Druckluftbereitstellung für den Versuchsstand 4.2 Instrumentierung 4.2.1 Wärmeübergangsmessung im Seitenraum 4.2.2 Wanddruckmessung im Seitenraum 4.2.3 Strömungsmessung im konzentrischen Ringspalt des Hauptströmungskanals 4.2.4 Betriebsmessstellen an der Versuchsanlage 4.3 Messdatenerfassung und -verarbeitung 4.3.1 Messwerterfassungssystem 4.3.2 Datenverarbeitung und -synchronisierung 4.4 Datenauswertung 4.4.1 Massenstrom aus Blendenberechnung 4.4.2 Bezugstemperatur, Bezugsdruck und charakteristische Strömungsgrößen im Versuchsstand 4.4.3 Thermisches Netzwerkmodell zur Abschätzung lokaler Wärmeübergangskoeffizienten 4.4.4 Rückwärtsrechnung mittels gradientenbasiertem Optimierungsverfahren 4.4.5 Ableitungsfreie Optimierung mittels evolutionärem Algorithmus 4.4.6 Inverse Berechnung mittels Trefftz-Funktionen und Regularisierung 4.4.7 Vergleich der mit den Rechenmodellen ermittelten WÜK-Verläufe 4.5 Versuchsplanung und -durchführung 4.5.1 Versuchsablauf 4.5.2 Versuchsmatrix 4.6 Datenreduktion und -mittelung 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Betriebscharakteristik der Versuchsanlage 5.2 Kalibrierung der Fünflochsonde an der Freistrahldüse 5.3 Strömungsfeld im konzentrischen Ringspaltkanal 5.4 Druckverteilung an der Außenwandinnenoberfläche 5.5 Thermodynamische Stoffwerte der Wandmaterialien 5.5.1 Dichte 5.5.2 Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität 5.6 Kalibrierung des Messaufbaus an der Saugrohrstrecke 5.7 Messergebnisse zum lokalen Wärmeübergang in generischen Seitenraumgeometrien 5.7.1 Vergleich der Messmethoden 5.7.2 Reproduzierbarkeit und Streuung der Messwerte 5.7.3 Einfluss der Reynolds-Zahl Re in der Hauptströmung 5.7.4 Einfluss der Einströmbreite s 5.7.5 Einfluss der Breite der Kavität b 5.7.6 Einfluss der Exzentrizität der Kavität e 5.7.7 Einfluss des Drallwinkels α in der Anströmung zum Seitenraum 5.8 Analyse und Abschätzung von Messunsicherheiten 5.8.1 Unsicherheit der gemessenen Absolut- und Differenzdrücke 5.8.2 Unsicherheit der gemessenen Temperaturen 5.8.3 Unsicherheit der berechneten Wärmeübergangskoeffizienten 5.8.4 Unsicherheit der geometrischen Maße von Seitenraum und Strömungskanal 5.8.5 Unsicherheit des Massenstromes an der Blendenmessstrecke 5.8.6 Unsicherheit der Reynolds-Zahl 5.8.7 Unsicherheit der Nusselt-Zahl 5.8.8 Unsicherheit der Strömungswinkel und Geschwindigkeitskomponenten 5.9 Verallgemeinerung der Ergebnisse als Nusselt-Korrelation 6 Numerische Nachrechnung ausgewählter Konfigurationen mittels CFD-Simulation 6.1 CFD-Basismodell 6.1.1 Geometrie 6.1.2 Vernetzung 6.1.3 Randbedingungen 6.1.4 Medium/ Stoffkennwerte 6.1.5 Physikalische Modellierung/ Setup 6.1.6 Lösung/ Konvergenz 6.1.7 Auswertung und Ergebnisse 6.2 Modelldetaillierungsgrad und Abbruchfehler 6.3 Netzunabhängigkeitsstudie 6.4 Einfluss der Randbedingungen und der Modellierung 6.5 Large-Eddy-Simulation 6.6 Ergebnisse der systematischen Nachrechnung 7 Übertragung der Ergebnisse auf reale Turbinenverhältnisse 8 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 9 Ausblick Literatur / Industrial steam turbines have steam-filled side spaces between their guide vane carriers and the outer casing, which vary greatly in shape and dimensions. The forced convective heat transfer induced by the vortex structures in the side space significantly influences the thermo-mechanical behaviour of the casing. Up to present, however, there is no generalisable knowledge about the local heat transfer in casing side spaces. By means of the newly designed side space test rig 'SiSTeR', systematic experimental investigations of heat transfer in scaled, generically variable side space models have been carried out for the first time using air flow. Local heat transfer coefficients (HTC) were determined by using two independent measuring methods with low heat input. For the steady-state inverse method, material temperatures in the outer wall of the side space were measured and converted by means of different thermal substitute models, which differ in terms of complexity, calculation time and accuracy. The uncertainty of the HTC calculated from the temperatures is clearly below 10 % for all inverse methods used, with the exception of the outermost edge areas of the side space. The HTC distribution in the side space can be approximated with a parameterised Gaussian bell curve. In addition to the Reynolds number in the main flow, the width of the inflow gap to the side space represents a main influence parameter on the heat transfer. A Nusselt correlation was developed that satisfactorily reproduces all experimentally determined values and is suitable for calculating detailed heat transfer curves for any side spaces in turbines and flow conditions within its limits of validity. Accompanying the experimental investigations, selected test configurations were further studied by means of numerical flow simulations.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand des Wissens 2.1 Strömung und Wärmeübergang in Seitenräumen von Dampfturbinen 2.2 Strömung in Kavitäten mit T- und L-förmigem Querschnitt 2.3 Wärmeübergang in Kavitäten mit quadratischem Querschnitt 2.4 Notwendigkeit und Ausgangslage der Untersuchungen 2.5 Überblick über aktuelle Forschungstätigkeiten auf dem Gebiet 3 Zielstellung, Methodik und Lösungsweg 4 Versuchsaufbau und -durchführung 4.1 Seitenraumversuchsstand „SiSTeR“ 4.1.1 Versuchsstandkonzept 4.1.2 Dimensionierung und Skalierung der Modellgeometrie 4.1.3 Experimentelle Implementierung des Versuchsstandes 4.1.4 Versuchsanlage zur geregelten Druckluftbereitstellung für den Versuchsstand 4.2 Instrumentierung 4.2.1 Wärmeübergangsmessung im Seitenraum 4.2.2 Wanddruckmessung im Seitenraum 4.2.3 Strömungsmessung im konzentrischen Ringspalt des Hauptströmungskanals 4.2.4 Betriebsmessstellen an der Versuchsanlage 4.3 Messdatenerfassung und -verarbeitung 4.3.1 Messwerterfassungssystem 4.3.2 Datenverarbeitung und -synchronisierung 4.4 Datenauswertung 4.4.1 Massenstrom aus Blendenberechnung 4.4.2 Bezugstemperatur, Bezugsdruck und charakteristische Strömungsgrößen im Versuchsstand 4.4.3 Thermisches Netzwerkmodell zur Abschätzung lokaler Wärmeübergangskoeffizienten 4.4.4 Rückwärtsrechnung mittels gradientenbasiertem Optimierungsverfahren 4.4.5 Ableitungsfreie Optimierung mittels evolutionärem Algorithmus 4.4.6 Inverse Berechnung mittels Trefftz-Funktionen und Regularisierung 4.4.7 Vergleich der mit den Rechenmodellen ermittelten WÜK-Verläufe 4.5 Versuchsplanung und -durchführung 4.5.1 Versuchsablauf 4.5.2 Versuchsmatrix 4.6 Datenreduktion und -mittelung 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Betriebscharakteristik der Versuchsanlage 5.2 Kalibrierung der Fünflochsonde an der Freistrahldüse 5.3 Strömungsfeld im konzentrischen Ringspaltkanal 5.4 Druckverteilung an der Außenwandinnenoberfläche 5.5 Thermodynamische Stoffwerte der Wandmaterialien 5.5.1 Dichte 5.5.2 Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität 5.6 Kalibrierung des Messaufbaus an der Saugrohrstrecke 5.7 Messergebnisse zum lokalen Wärmeübergang in generischen Seitenraumgeometrien 5.7.1 Vergleich der Messmethoden 5.7.2 Reproduzierbarkeit und Streuung der Messwerte 5.7.3 Einfluss der Reynolds-Zahl Re in der Hauptströmung 5.7.4 Einfluss der Einströmbreite s 5.7.5 Einfluss der Breite der Kavität b 5.7.6 Einfluss der Exzentrizität der Kavität e 5.7.7 Einfluss des Drallwinkels α in der Anströmung zum Seitenraum 5.8 Analyse und Abschätzung von Messunsicherheiten 5.8.1 Unsicherheit der gemessenen Absolut- und Differenzdrücke 5.8.2 Unsicherheit der gemessenen Temperaturen 5.8.3 Unsicherheit der berechneten Wärmeübergangskoeffizienten 5.8.4 Unsicherheit der geometrischen Maße von Seitenraum und Strömungskanal 5.8.5 Unsicherheit des Massenstromes an der Blendenmessstrecke 5.8.6 Unsicherheit der Reynolds-Zahl 5.8.7 Unsicherheit der Nusselt-Zahl 5.8.8 Unsicherheit der Strömungswinkel und Geschwindigkeitskomponenten 5.9 Verallgemeinerung der Ergebnisse als Nusselt-Korrelation 6 Numerische Nachrechnung ausgewählter Konfigurationen mittels CFD-Simulation 6.1 CFD-Basismodell 6.1.1 Geometrie 6.1.2 Vernetzung 6.1.3 Randbedingungen 6.1.4 Medium/ Stoffkennwerte 6.1.5 Physikalische Modellierung/ Setup 6.1.6 Lösung/ Konvergenz 6.1.7 Auswertung und Ergebnisse 6.2 Modelldetaillierungsgrad und Abbruchfehler 6.3 Netzunabhängigkeitsstudie 6.4 Einfluss der Randbedingungen und der Modellierung 6.5 Large-Eddy-Simulation 6.6 Ergebnisse der systematischen Nachrechnung 7 Übertragung der Ergebnisse auf reale Turbinenverhältnisse 8 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 9 Ausblick Literatur