Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Jardim, Lucas Correia da Silva
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13731
Resumo: To estimate unknown parameters from available experimental data is a problem commonly encountered in several areas of engineering. A very used technique to obtain this estimate is the formulation and solution of an inverse problem. When implicitly formulated, through the maximum likelihood hypothesis, this problem is treated as a global optimization problem where it is necessary to obtain the minimum of a function composed by the sum of the quadratic residuals between experimental values and those obtained from a model. In this work, three heat transfer inverse problems are formulated and solved to obtain estimates of parameters such as thermal conductivity, specific heat at constant pressure, scattering albedo, among others. To do so, the technique known as Topographic Global Optimization (TGO) is employed. This technique distributes points in a search space and, through the topographical information of the objective function, selects points considered topographical minimum. These minima are then used as the initial solution for a local search method. The main objective of this work is to compare the quality of the solution obtained with the TGO when it is implemented with random point generators and different local search methods. For the generation of initial points, the pseudo-random routine known as Mersenne Twister is compared to the Sobol Sequence, which generates quasi-random points. For the local search, the well-known Nelder-Mead and Levenberg-Marquadt methods are used. Therefore, four different combinations of TGO are used - the Wilcoxon Test is used at the end for a more reliable comparison between them. The obtained results, besides pointing out the qualities and defects of the different approaches, shows a better final performance when TGO is used with the Sobol Sequence and the Nelder-Mead.
id UERJ_1ad75816df0c71dbe80e19bb2d5e2b44
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/13731
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Silva Neto, Antônio José dahttp://lattes.cnpq.br/5148738006361781Knupp, Diego Camposhttp://lattes.cnpq.br/1743826010794846Domingos, Roberto Pinheirohttp://lattes.cnpq.br/0109837868064895Sacco, Wagner Figueiredohttp://lattes.cnpq.br/7328915770509368http://lattes.cnpq.br/2043142641394519Jardim, Lucas Correia da Silva2021-01-07T14:40:15Z2019-03-182019-02-07JARDIM, Lucas Correia da Silva. Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica. 2019. 81 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2019.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13731To estimate unknown parameters from available experimental data is a problem commonly encountered in several areas of engineering. A very used technique to obtain this estimate is the formulation and solution of an inverse problem. When implicitly formulated, through the maximum likelihood hypothesis, this problem is treated as a global optimization problem where it is necessary to obtain the minimum of a function composed by the sum of the quadratic residuals between experimental values and those obtained from a model. In this work, three heat transfer inverse problems are formulated and solved to obtain estimates of parameters such as thermal conductivity, specific heat at constant pressure, scattering albedo, among others. To do so, the technique known as Topographic Global Optimization (TGO) is employed. This technique distributes points in a search space and, through the topographical information of the objective function, selects points considered topographical minimum. These minima are then used as the initial solution for a local search method. The main objective of this work is to compare the quality of the solution obtained with the TGO when it is implemented with random point generators and different local search methods. For the generation of initial points, the pseudo-random routine known as Mersenne Twister is compared to the Sobol Sequence, which generates quasi-random points. For the local search, the well-known Nelder-Mead and Levenberg-Marquadt methods are used. Therefore, four different combinations of TGO are used - the Wilcoxon Test is used at the end for a more reliable comparison between them. The obtained results, besides pointing out the qualities and defects of the different approaches, shows a better final performance when TGO is used with the Sobol Sequence and the Nelder-Mead.Estimar parâmetros desconhecidos a partir de medidas experimentais disponíveis é um problema comumente encontrado em diversas áreas da engenharia. Uma técnica muito empregada para se obter essa estimativa é a formulação e solução de um problema inverso. Quando formulado implicitamente, através da hipótese de máxima verossimilhança, este problema é tratado como um problema de otimização global onde é necessário se obter o mínimo de uma função composta pela soma dos resíduos quadráticos entre valores experimentais e os obtidos com um modelo. Neste trabalho, três problemas inversos em transferência de calor são formulados e solucionados para se obter estimativas de parâmetros como condutividade térmica, calor específico à pressão constante, albedo de espalhamento, entre outros. Para isso, a técnica conhecida como Otimização Global Topográfica (TGO) é empregada. Tal técnica distribui pontos em um espaço de busca e, através da informação topográfica da função objetivo, seleciona pontos considerados mínimos topográficos. Esses mínimos são então utilizados como solução inicial para um método de busca local. O principal objetivo deste trabalho é comparar a qualidade da solução obtida com o TGO quando este é implementado com geradores de pontos iniciais e métodos de busca local diferentes. Para a geração de pontos iniciais, a rotina pseudo-aleatória conhecida como Mersenne Twister é comparada com a Sequência de Sobol, que gera pontos quasi-aleatórios. Já para a busca local são utilizados os bastante conhecidos métodos Nelder-Mead e Levenberg-Marquadt. Portanto, quatro combinações diferentes do TGO são utilizadas o Teste de Wilcoxon é empregado ao final para uma comparação mais confiável entre eles. Os resultados obtidos, além de apontarem as qualidades e defeitos das diferentes implementações apresentadas, mostram uma melhor performance final quando o TGO é utilizado com a Sequência de Sobol e o Nelder-Mead.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdf: 3825457 bytes, checksum: b9c23fc2c2d1d5fa5192e8df92e934c1 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdf: 3825457 bytes, checksum: b9c23fc2c2d1d5fa5192e8df92e934c1 (MD5) Previous issue date: 2019-02-07Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto PolitécnicoTopographical global optimizationHeat transferConductionRadiationNelder-meadLevenberg-MarquardtMersenne TwisterSobol sequenceOtimização global topográficaTransferência de calorConduçãoRadiaçãoNelder-MeadLevenberg-MarquardtMersenne-TwisterSequência de SobolOtimização matemáticaProblemas inversos (Equações diferenciais)Calor -TransmissãoEstimativa de parâmetroCalor - ConduçãoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADADeterminação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográficaDetermination of thermal properties, radiative properties and convection coefficients with the topographical global optimizationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdfapplication/pdf3825457http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/13731/1/Dissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdfb9c23fc2c2d1d5fa5192e8df92e934c1MD511/137312024-02-27 15:26:48.92oai:www.bdtd.uerj.br:1/13731Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:26:48Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Determination of thermal properties, radiative properties and convection coefficients with the topographical global optimization
title Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
spellingShingle Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
Jardim, Lucas Correia da Silva
Topographical global optimization
Heat transfer
Conduction
Radiation
Nelder-mead
Levenberg-Marquardt
Mersenne Twister
Sobol sequence
Otimização global topográfica
Transferência de calor
Condução
Radiação
Nelder-Mead
Levenberg-Marquardt
Mersenne-Twister
Sequência de Sobol
Otimização matemática
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Calor -Transmissão
Estimativa de parâmetro
Calor - Condução
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
title_short Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
title_full Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
title_fullStr Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
title_full_unstemmed Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
title_sort Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica
author Jardim, Lucas Correia da Silva
author_facet Jardim, Lucas Correia da Silva
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Silva Neto, Antônio José da
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5148738006361781
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Knupp, Diego Campos
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1743826010794846
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Domingos, Roberto Pinheiro
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0109837868064895
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Sacco, Wagner Figueiredo
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7328915770509368
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2043142641394519
dc.contributor.author.fl_str_mv Jardim, Lucas Correia da Silva
contributor_str_mv Silva Neto, Antônio José da
Knupp, Diego Campos
Domingos, Roberto Pinheiro
Sacco, Wagner Figueiredo
dc.subject.eng.fl_str_mv Topographical global optimization
Heat transfer
Conduction
Radiation
Nelder-mead
Levenberg-Marquardt
Mersenne Twister
Sobol sequence
topic Topographical global optimization
Heat transfer
Conduction
Radiation
Nelder-mead
Levenberg-Marquardt
Mersenne Twister
Sobol sequence
Otimização global topográfica
Transferência de calor
Condução
Radiação
Nelder-Mead
Levenberg-Marquardt
Mersenne-Twister
Sequência de Sobol
Otimização matemática
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Calor -Transmissão
Estimativa de parâmetro
Calor - Condução
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
dc.subject.por.fl_str_mv Otimização global topográfica
Transferência de calor
Condução
Radiação
Nelder-Mead
Levenberg-Marquardt
Mersenne-Twister
Sequência de Sobol
Otimização matemática
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Calor -Transmissão
Estimativa de parâmetro
Calor - Condução
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
description To estimate unknown parameters from available experimental data is a problem commonly encountered in several areas of engineering. A very used technique to obtain this estimate is the formulation and solution of an inverse problem. When implicitly formulated, through the maximum likelihood hypothesis, this problem is treated as a global optimization problem where it is necessary to obtain the minimum of a function composed by the sum of the quadratic residuals between experimental values and those obtained from a model. In this work, three heat transfer inverse problems are formulated and solved to obtain estimates of parameters such as thermal conductivity, specific heat at constant pressure, scattering albedo, among others. To do so, the technique known as Topographic Global Optimization (TGO) is employed. This technique distributes points in a search space and, through the topographical information of the objective function, selects points considered topographical minimum. These minima are then used as the initial solution for a local search method. The main objective of this work is to compare the quality of the solution obtained with the TGO when it is implemented with random point generators and different local search methods. For the generation of initial points, the pseudo-random routine known as Mersenne Twister is compared to the Sobol Sequence, which generates quasi-random points. For the local search, the well-known Nelder-Mead and Levenberg-Marquadt methods are used. Therefore, four different combinations of TGO are used - the Wilcoxon Test is used at the end for a more reliable comparison between them. The obtained results, besides pointing out the qualities and defects of the different approaches, shows a better final performance when TGO is used with the Sobol Sequence and the Nelder-Mead.
publishDate 2019
dc.date.available.fl_str_mv 2019-03-18
dc.date.issued.fl_str_mv 2019-02-07
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-01-07T14:40:15Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv JARDIM, Lucas Correia da Silva. Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica. 2019. 81 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2019.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13731
identifier_str_mv JARDIM, Lucas Correia da Silva. Determinação de propriedades térmicas, radiativas e coeficientes de convecção com a otimização global topográfica. 2019. 81 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2019.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13731
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/13731/1/Dissertacao_LucasCorreiaDaSilvaJardim.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv b9c23fc2c2d1d5fa5192e8df92e934c1
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1811728674949431296