Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mattos, Sulivan Carlos Xavier
Data de Publicação: 2021
Outros Autores: scmattos@iprj.uerj.br
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/1/17001
Resumo: The main objective of this dissertation is the formulation and solution of the direct and inverse problem for the anomalous diffusion bi-flux model proposed by Bevilacqua and Galeão. To solve both problems, a spatial variation for some model parameters was used. It was considered the free substances, that is, the fraction of available substance for the diffusion and also the parameter known as reactivity coefficient, with spatial variation. In relation to the direct problem, it was presented a monodimensional solution to the model using the Finite Difference Method, seeking to evidence the difference in the concentration profile of the solutions, comparing to the model results using variable and constant parameters. An inverse problem for parameters estimation, with spatial variation, was formulated and solved employing the Modified Luus-Jaakola (MLJ), Differential Evolution (DE) and Firefly (FF) stochastic methods. A sensitivity analyses was performed for each of the parameters, whose purpose was to identify optimal experimental conditions to enable the solution of the inverse problem. Through the results obtained in each case, it is possible to verify that the spatial variation of parameters directly affects the diffusion velocity. In relation to estimation of these parameters, the efficiency of each method used was observed, especially when the experimental data were noiseless. New formulations proposed by Bevilacqua were also discussed in this work.
id UERJ_d85961500b751f8ebb5093212f0eab58
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/17001
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/5148738006361781Lugon Junior, Jaderhttp://lattes.cnpq.br/7462703432059206Knupp, Diego Camposhttp://lattes.cnpq.br/1743826010794846Vaconcellos, João Flávio Vieira dehttp://lattes.cnpq.br/9634798722030132Telles, Wagner Rambaldihttp://lattes.cnpq.br/9935262790232584Costa, Bruno Barzellay Ferreira dahttp://lattes.cnpq.br/7117021915552772http://lattes.cnpq.br/0650070942106305Mattos, Sulivan Carlos Xavierscmattos@iprj.uerj.br2021-12-09T18:15:22Z2021-08-09MATTOS, Sulivan Carlos Xavier. Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial. 2021. 121 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2021.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17001The main objective of this dissertation is the formulation and solution of the direct and inverse problem for the anomalous diffusion bi-flux model proposed by Bevilacqua and Galeão. To solve both problems, a spatial variation for some model parameters was used. It was considered the free substances, that is, the fraction of available substance for the diffusion and also the parameter known as reactivity coefficient, with spatial variation. In relation to the direct problem, it was presented a monodimensional solution to the model using the Finite Difference Method, seeking to evidence the difference in the concentration profile of the solutions, comparing to the model results using variable and constant parameters. An inverse problem for parameters estimation, with spatial variation, was formulated and solved employing the Modified Luus-Jaakola (MLJ), Differential Evolution (DE) and Firefly (FF) stochastic methods. A sensitivity analyses was performed for each of the parameters, whose purpose was to identify optimal experimental conditions to enable the solution of the inverse problem. Through the results obtained in each case, it is possible to verify that the spatial variation of parameters directly affects the diffusion velocity. In relation to estimation of these parameters, the efficiency of each method used was observed, especially when the experimental data were noiseless. New formulations proposed by Bevilacqua were also discussed in this work.O principal objetivo desta dissertação é a formulação e solução do problema direto e inverso para o modelo Bevilacqua-Galeão (BG) de difusão anômala. Para solução de ambos os problemas foi utilizado uma variação espacial para alguns parâmetros do modelo. Considerou-se a fração de substância livre, ou seja, a fração de substância disponível para difusão e também o parâmetro denominado coeficiente de reatividade, com variação espacial. Em relação ao problema direto, foi apresentada uma solução unidimensional para o modelo usando o Método de Diferenças Finitas, procurando evidenciar a diferença no perfil de concentração entre as soluções, comparando os resultados do modelo quando usados parâmetros variáveis e constantes. Um problema inverso para estimação dos parâmetros, com variação espacial, foi formulado e solucionado empregando os métodos estocásticos Luus-Jaakola Modificado (LJM), Evolução Diferencial (DE) e Firefly (FA). Foi realizada uma análise de sensibilidade referente a cada um dos parâmetros, cuja finalidade foi identificar condições experimentais ótimas para viabilizar a solução do problema inverso. Por meio dos resultados obtidos em cada caso, pode-se verificar que a variação espacial dos parâmetros afetam diretamente a velocidade da difusão. Em relação a estimativa desses parâmetros, observou-se a eficiência de cada método utilizado, principalmente quando os dados experimentais estavam sem ruídos. Novas formulações propostas por Bevilacqua também foram tratadas neste trabalho.Submitted by Pâmela CTC/E (pamela.flegr@uerj.br) on 2021-12-09T18:15:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Sulivan Carlos Xavier Mattos - 2021 - Completo PDF.pdf: 5154319 bytes, checksum: 73be16483abe9ef8d1ec170c53ae7139 (MD5)Made available in DSpace on 2021-12-09T18:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Sulivan Carlos Xavier Mattos - 2021 - Completo PDF.pdf: 5154319 bytes, checksum: 73be16483abe9ef8d1ec170c53ae7139 (MD5) Previous issue date: 2021-08-09Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Modelagem ComputacionalUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto PolitécnicoAnomalous DiffusionFinite difference methodInverse problemsDifusão anômalaMétodo de diferenças finitasProblemas inversosDifusãoModelos matemáticosProblemas inversos (Equações diferenciais)Estimativa de parâmetrosDiferenças finitasCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOSolução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacialInverse problem Solving of the Bevilacqua-Galeão anomalous diffusion model with spatial dependence.info: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:UERJORIGINALDissertação - Sulivan Carlos Xavier Mattos - 2021 - Completo PDF.pdfDissertação - Sulivan Carlos Xavier Mattos - 2021 - Completo PDF.pdfapplication/pdf5154319http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17001/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Sulivan+Carlos+Xavier+Mattos+-+2021+-+Completo+PDF.pdf73be16483abe9ef8d1ec170c53ae7139MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17001/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/170012024-02-27 15:26:36.184oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:26:36Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Inverse problem Solving of the Bevilacqua-Galeão anomalous diffusion model with spatial dependence.
title Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
spellingShingle Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
Mattos, Sulivan Carlos Xavier
Anomalous Diffusion
Finite difference method
Inverse problems
Difusão anômala
Método de diferenças finitas
Problemas inversos
Difusão
Modelos matemáticos
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Estimativa de parâmetros
Diferenças finitas
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
title_short Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
title_full Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
title_fullStr Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
title_full_unstemmed Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
title_sort Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial
author Mattos, Sulivan Carlos Xavier
author_facet Mattos, Sulivan Carlos Xavier
scmattos@iprj.uerj.br
author_role author
author2 scmattos@iprj.uerj.br
author2_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.advisor2.fl_str_mv Lugon Junior, Jader
dc.contributor.advisor2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7462703432059206
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Knupp, Diego Campos
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1743826010794846
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Vaconcellos, João Flávio Vieira de
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9634798722030132
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Telles, Wagner Rambaldi
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9935262790232584
dc.contributor.referee4.fl_str_mv Costa, Bruno Barzellay Ferreira da
dc.contributor.referee4Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7117021915552772
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0650070942106305
dc.contributor.author.fl_str_mv Mattos, Sulivan Carlos Xavier
scmattos@iprj.uerj.br
contributor_str_mv Silva Neto, Antônio José da
Lugon Junior, Jader
Knupp, Diego Campos
Vaconcellos, João Flávio Vieira de
Telles, Wagner Rambaldi
Costa, Bruno Barzellay Ferreira da
dc.subject.eng.fl_str_mv Anomalous Diffusion
Finite difference method
Inverse problems
topic Anomalous Diffusion
Finite difference method
Inverse problems
Difusão anômala
Método de diferenças finitas
Problemas inversos
Difusão
Modelos matemáticos
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Estimativa de parâmetros
Diferenças finitas
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.subject.por.fl_str_mv Difusão anômala
Método de diferenças finitas
Problemas inversos
Difusão
Modelos matemáticos
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Estimativa de parâmetros
Diferenças finitas
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
description The main objective of this dissertation is the formulation and solution of the direct and inverse problem for the anomalous diffusion bi-flux model proposed by Bevilacqua and Galeão. To solve both problems, a spatial variation for some model parameters was used. It was considered the free substances, that is, the fraction of available substance for the diffusion and also the parameter known as reactivity coefficient, with spatial variation. In relation to the direct problem, it was presented a monodimensional solution to the model using the Finite Difference Method, seeking to evidence the difference in the concentration profile of the solutions, comparing to the model results using variable and constant parameters. An inverse problem for parameters estimation, with spatial variation, was formulated and solved employing the Modified Luus-Jaakola (MLJ), Differential Evolution (DE) and Firefly (FF) stochastic methods. A sensitivity analyses was performed for each of the parameters, whose purpose was to identify optimal experimental conditions to enable the solution of the inverse problem. Through the results obtained in each case, it is possible to verify that the spatial variation of parameters directly affects the diffusion velocity. In relation to estimation of these parameters, the efficiency of each method used was observed, especially when the experimental data were noiseless. New formulations proposed by Bevilacqua were also discussed in this work.
publishDate 2021
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-12-09T18:15:22Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2021-08-09
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 MATTOS, Sulivan Carlos Xavier. Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial. 2021. 121 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2021.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17001
identifier_str_mv MATTOS, Sulivan Carlos Xavier. Solução de problemas inversos do modelo Bevilacqua-Galeão de difusão anômala com dependência espacial. 2021. 121 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2021.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17001
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 Brasil
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/1/17001/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Sulivan+Carlos+Xavier+Mattos+-+2021+-+Completo+PDF.pdf
http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17001/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 73be16483abe9ef8d1ec170c53ae7139
e5502652da718045d7fcd832b79fca29
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
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_ 1811728702310973440