Seznam témat bakalářských prací

Při výpočtu transportu látky prostorově proměnným rychlostním polem je nutno splnit tzv. CFL podmínku, která nepříznivě zkracuje časový krok a tím prodlužuje dobu výpočtu. Cílem práce bude otestovat metodu rozkladu transportní matice napsáním jednoduchého programu pro řešení testovacího problému. Program je možné napsat v libovolném jazyce nicméně vhodný by byl MATLAB.

Získané zkušenosti:

• základní znalosti o numerickém řešení hyperbolických parciálních diferenciálních rovnic (transport látky)
• metoda konečných objemů

Práce má teoretickou a praktickou část. V první jde o anlýzu pmožných průniků dvojic simlexů různé dimenze (bod, úsečka, trojůhelník, čtyřstěn). V druhé části je úkolem realizovat výpočet prunků v jazyce C++, respektive zobecnit už existující kód (pouze pro trojúhelníky a úsečky).

Prerekvizity:

• znalost C a základy objektového programování

Získané zkušenosti:

• zkušenost s výpočetní geometrií
• objektové programování v C++

Po načtení vstupních dat A má každý procesor jistou část dat A_i Po nalezení přibližně optimálního rozdělení množiny dat A na vyvážené množiny B_i je třeba přiřadit těmto množiném procesory tak, aby se minimalizovalo množství přesunů dat.

Cílem práce bude implementace grafových algoritmů pro řešení této úlohy a případně implementace funkcí pro přesun dat.

Získané zkušenosti:

• programování paralelních aplikací na systémech s distribuovanou pamětí pomocí knihovny MPI
• programování v C/C++

http://www.mcs.anl.gov/research/projects/mpi

http://www.boost.org/doc/libs/1_49_0/doc/html/mpi.html

Uvedené dvě knihovny jsou určeny pro paralelní operace lineární algebry a řešení lineárních i nelineárních rovnic vznikajících při numerickém řešení parciálních diferenciálních rovnic. V současné době používáme knihovnu PETSc. Cílem práce bude použít na některé typické úlohy prostředky knihovny Trilinos a porovnat použitelnost knihoven pro úlohy proudění a transportu.

Získané zkušenosti:

• seznámení se současnými nejlepšími knihovnami pro paralelní řešení rozsáhlých systému lineárních a algebraických rovnic
• programování v C/C++

2) Popsání souvislostí mezi textovými výstupy z Flow123D a řešenou analýzou bezpečnosti 3) Zjistit a ověřit kompletnost elementů, které jsou na povrchu oblasti. 4) Vytvořit software, který zobrazí mapu oblasti se statistickým vyhodnocením nadlimitních koncentrací transportující se látky.

2) Popsat použitelnost Weibullova rozdělení v praxi 3) Vytvoření softwaru určující optimální parametry Weibullova rozdělení 4) Vytvoření aplikace určující konfidenční meze Weibullova rozdělení 5) Ověření správnosti na datech

Pomocí numerického modelu nasimulovat a vyhodnotit možnost náhrady části poduškového plynu podzemního zásobníku plynu CO2.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou podzemního skladování zemního plynu a numerického modelování vícefázového proudění pomocí systému Eclipse.
2. Na datech konkrétního ložiskového objektu provést simulaci záměny podušky a následného provozu zásobníku.
3. Vyhodnotit výsledky z hlediska provozního a technického, stanovit maximální možný podíl CO2 v podušce.

Na vybraných benchmarkových úlohách provést porovnání výsledků simulací úloh podzemního proudění získaných systémy Eclipse a Modflow.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou numerického modelování podzemního proudění pomocí systémů Eclipse a Modflow.
2. Provést výběr, přípravu, řešení a vyhodnocení výsledků benchmarkových úloh.
3. Vyhodnotit rozdíly mezi výsledky obou systémů a případně připravit, vyřešit a vyhodnotit další úlohy, které budou tyto rozdíly dokumentovat.

Otestovat použití nástrojů umělé inteligence pro zpracování provozních dat a výsledků geologických a geofyzikálních měření pro jejich použití jako vstupních dat numerických modelů podzemních zásobníků plynu.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou podzemního skladování zemního plynu, numerického modelování vícefázového proudění pomocí systému Eclipse a metodami zpracování dat.
2. Na vybraných datech otestovat možnosti jejich zpracování a přípravy pro model různými metodami (neuronové sítě, SOM, genetické algoritmy).
3. Vyhodnotit výsledky a navrhnout doporučení vhodnosti jednotlivých metod pro dané účely.

Cílem práce je naprogramovat řešič vybraného typu rovnice, postavený na některé z krylovovských metod (nejlépe na metodě konjugovaných gradientů CG). Cílem bude řešit relativně rozsáhlé úlohy, typicky n>10000, řešení (a každý vektor v průběhu výpočtu) tedy bude typicky sestávat z n² čísel což, ve standardní (dvojité) přesnosti, odpovídá více než 762 MB. Úlohy je však potřeba řešit rychle, tj. v řádech maximálně minut. Proto bude potřeba využívat efektivní komprese dat s využitím aproximace matic maticemi nízkého ranku. Jako předpodmiňovač můžeme užít iteraci pro výpočet znaménkové funkce matice sgn(A), napříkladp pomocí hierarchických matic.

• V první řadě zájem o tématiku!!!
• Základní znalosti z lineární algebry
• Základní orientace v MATLABu
• Elementární znalost anglického jazyka
• Práci by bylo vhodné psát v LaTeXu

Metoda konjugovaných gradientů, pracující se zobecněným lyapunovským operátorem A: X → AXM^T+MXA^T může být implementována mnoha různými způsoby. Cílem práce bude naprogramovat jednotlivé varianty v prostředí Matlab a provést sadu experimentů objasňující rozdíly v chování jednotlivých implementací.

• V první řadě zájem o tématiku!!!
• Základní znalosti z lineární algebry
• Základní orientace v MATLABu
• Elementární znalost anglického jazyka
• Práci by bylo vhodné psát v LaTeXu

Cílem práce je naprogramovat algoritmus redukce dané matice na pásový tvar. Taková redukce je jedním z nástrojů sloužících k vyjevení core problému. Algoritmus bude implementován v MATLABu v několika různých variantách: metodou Householderových odrazů (případně Givensových rotací) a jako algoritmus Lanczosova typu.

• V první řadě zájem o tématiku!!!
• Základní znalosti z lineární algebry
• Základní orientace v MATLABu
• Elementární znalost anglického jazyka
• Práci by bylo vhodné psát v LaTeXu

Navrhněte postup na optimalizaci provozu výrobních linek - od vlastního matematického modelu využívajícího metod lineárního programování po vlastní implementaci (knihovny LPsolve + některý standardní programovací jazyk (c++, java)).

Model by měl umět zohledňovat rozličné parametry optilmalizace (minimalizace výrobního času, minimalizace nákladů, rovnoměrné vytížení linek či zaměstnanců apod.).

Programovací nároky nejsou vysoké. Pro rešeršní část práce se velmi hodí angličtina.

Návrh a implementace algoritmu, který k dané multidimenzionální síti pro MKP vytvoří odpovídající duální síť.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou diskretizace prostorových oblastí pro numerické metody MKP a MKO.
2. Navrhnout datové struktury pro uložení duální sítě k dané multidimenzionální síti pro MKP.
3. Navrhnout, implementovat a otestovat algoritmy generování duální sítě.
4. Prozkoumat a navrhnout možné způsoby vizualizace vytvořené duální sítě.

Dosáhnout těsnějšího propojení numerického modelu proudění a transportu látek Flow123D a preprocesoru/postprocesoru GMSH.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se se systémy Flow123D a GMSH z pohledu programátora.
2. Realizvat spouštění Flow123D z GMSH.
3. Navrhnout možnosti zadávání okrajových podmínek, materiálových vlastností a přestupových koeficientů v grafické formě z prostředí GMSH.
4. Implementovat a otestovat navržené možnosti.

Srovnání standardních metod identifikace ekvivalentních propustnosti rozpukaného horninového masivu.

Dílčí úkoly:

1. Rešerše metod pro identifikaci ekvivalentních hydraulických parametrů.
2. Seznámení se s numerickými modely pro simulaci podzemního proudění a transportu v puklinovém a porézním prostředí.
3. Vzájemné srovnání výsledků těchto metod a porovnání s výsledky numerického modelu na benchmarkové úloze.
4. Porovnání metod identifikace, výsledků modelů a teréních měření na reálné úloze.

Provést simulaci vícefázového proudění na vybrané lokalitě.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou vícefázového proudění, zejména systémy voda-plyn.
2. Seznámit se s prostředky pro modelování vícefázového proudění.
3. Na vybrané úloze provést simulaci a její naladění.

Obsahem bude:

1. Seznámení se s nástroji umělé inteligence a jejich použitím.
2. Seznámení se modely proudění a transportu a procesem jejich kalibrace.
3. Vlastní použití nástrojů UI na kalibraci modelu a to v případě testovací i reálné úlohy.

Obsahem bude:

1. Seznámení se s algoritmy generování puklinových sítí.
2. Rešerše existujících systémů a programových kódů.
3. Návrh algoritmu pro generování puklinové a objemové sítě na základě projekce puklin na voxely pomocné sítě.
4. Implementace a testování nového algoritmu.

Vytvořit v systému GetDP modely filtračního proudění a transportu látek.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou podzmeního proudění a transportu.
2. Seznámit se se systémy GetDP a GMSH.
3. Vytvořit v prostředí GetDP modely proudění a transportu.
4. Vytvořené modely otestovat na benchmarkových úlohách.

Modelovat test provedený na štole Josef pomocí systému Eclipse. Pomocí vytvořeného modelu provést vyhodnocení parametrů horninového prostředí.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s měřeními plynopropustnosti na štole Josef.
2. Seznámit se s modelováním vícefázového proudění v systému Eclipse.
3. Vytvořit model geometrické konfigurace testu, zavést do něho parametry, okrajové podmínky a scénář testu.
4. Provést ladění (history matching) modelu.
5. Vyhodnotit dosažené výsledky.

Provést rozbor toků provozních a dalších dat mezi jednotlivými komponentami Expertního systému podzemních zásobníků plynu (ES PZP). Na základě výsledků provedeného rozboru navrhnout optimalizaci, příp. novou strukturu systému.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s ES PZP, jeho funkcemi a součástmi.
2. Analyzovat aktuální potřeby uživatelů PZP.
3. Analyzovat současné nastavení datových a řídicích toků ES PZP.
4. Navrhnout zlepšení současného stavu na základě výsledků analýzy.
5. Navrhnout HW a SW řešení pro nově navržené uspořádání.

Otestovat možnosti propojení simulátoru vícefázového proudění Eclipse s optimalizačním programem Ucode. Pomocí tohoto propojení ukázat možnosti kalibrace a ladění (history match) modelů skutečných geologických objektů.

Dílčí úkoly:

1. Seznámit se s problematikou vícefázového proudění a jeho simulace pomocí systému Eclipse.
2. Seznámit se s úlohou kalibrace a history matche a nástrojem Ucode.
3. Navrhnout a realizovat propojení obou systémů.
4. Funkčnost a použitelnost navrženého řešení demonstrovat na příkladu reálné úlohy.

1. Výběr vhodných virtualizačních technologií
2. Srovnání technických vlastností vybraných technologií
3. Návrh a zdůvodnění metodiky praktického srovnání
4. Prezentace výsledků srovnání
5. Zhodnocení výsledků a závěr

1. Přehled bezpečnostních mechanismů WiFi
2. Teoretické možnosti napadení jednotlivých zabezpečení
3. Praktické ukázky obejití jednotlivých bezpečnostních technologií
4. Srovnání technologií a zhodnocení jejich odolnosti
5. Zhodnocení a závěr práce

1. Zmapování současného stavu výuky programování na středních a základních školách a zdůvodnění tvorby metodiky pro sjednocení výuky.
2. V teoretické části zdůraznit rozdíl mezi "klasickým" a objektovým programováním.
3. Definovat základní oblasti výuky jazyka v kontextu JAVY.
4. Definovat kolekci potřebných SW nástrojů použitelných ve výuce JAVY
5. Vytvořit konkrétní studijní plány pro výuku jazyka.
6. Vytvořit konkrétní sadu vzorových elektronických materiálů vycházejících z výše uvedených plánů a publikovat je v elekronickém vzdělávacím portálu dle vlastní volby.

1. Seznámení s problematikou virtualizací, jednotlivé typy aj.
2. Zmapování existujících virtualizačních technologií a jejich srovnání
3. Rešerše současného stavu IT infrastruktury v konkrétní organizaci
4. Návrh konkrétní virtualizace
5. Praktická implementace, srovnání s předešlým stavem

2) V teoretické části práce uveďte nejvýznamnější návrhové vzory používané či použitelné při programování WWW aplikací.

3) Získané teoretické znalosti využijte k vytvoření komunitního www portálu.

Five common PHP design patterns

Introduction to Design Patterns Using PHP

2) využitím získaných znalostí vytvořit sadu testovacích pravidel a následných doporučení po vyhodnocení testu

3) vytvořit aplikaci, která provede analýzu HTML kódu konkrétního webu, tedy provede testy navržené v bodě 2) a doporučí případné úpravy.

WebScarab project

2. podpora více plaftorem (PC, mobil, PDA)

3. aplikace dle aktuálních trendů - validní html kód, vhodné využití CSS

4. promyslet vhodnost nasazení technologie AJAX

2. Létající cirkus Python Tutoriál - Jan Švec

3. Učíme se programovat v jazyce Python - Jeffrey Elkner (Jaroslav Kubias)

Pro vybranou lokalitu: Laboratorní testování oxidace - identifikace rizikových aspektů - zhodnocení rizika pro případnou realizaci oxidační dekontaminace na lokalitě.

(Práce byla úspěšně obhájena v červnu 2008.)

diplomová práce, FAV ZČU 2005.
Vybraná časopisecká literatura.

vybrané zprávy a dokumentace k flow123d
ANSYS - dokumentace k systému (součást instalace ANSYS)

Při filtraci znečištěných vzdušnin dochází v důsledku postupného zanášení filtru ke značným změnám tlaku a průtoku ve filtrační trati. Pro měření vlastností nových materiálů na bázi nanovláken je ovšem vhodné udržovat tlak, nebo lépe průtok, konstantní. Účelem práce je navrhnout a zprovoznit měřící a regulační smyčku sestavenou z dmychadla, frekvenčního měniče a hmotnostního snímače průtoku. Jde o praktickou laboratorní práci v multidisciplinárním týmu FM-FT, která je součástí většího projektu.

Měření průtoku a množství tekutin, Praha: Dům techniky ČSVTS, 1987.
Jiří Nutil: Měřící technika v průmyslu. A., Měření teploty, tlaku, průtoku, Ostrava, Dům techniky ČSVTS, 1982.

Při vývoji nových filtračních materiálů s nanovlákennou vrstvou pro aplikace v průmyslovém čištění odpadních vzdušnin a plynů je nutné sledovat tepelnou, mechanickou a kombinovanou stabilitu těchto materiálů. Po seznámení s problematikou čištění odpadních plynů ve spalovně Termizo a.s. student provede na laboratorní trati měření a vyhodnocení stability dodaných vzorků materiálů, včetně mikroskopické analýzy materiálu před a po zkoušce. Jde o praktickou laboratorní práci v multidisciplinárním týmu FM-FT, která je součástí většího projektu.

Při simulaci proudění s nízkým Knudsenovým číslem (mikrofluidika) a proudění na složitých geometriích při malých a středních Reynoldsových číslech získává v posledních letech na popularitě Lattice Boltzmann metoda (LBM). Místo řešení Navier-Stokesových rovnic na výpočetní síti je zde Lagrangeovským přístupem řešena diskrétní Boltzmannova rovnice.

Cílem práce je provést stručnou rešerši, seznámit se s principy metody a vyzkoušet řešit jednoduchý problém obtékání válcového nanovlákna pomocí některého z open-source LBM balíků (například OpenLB).

http://www.numhpc.org/openlb/index.php?cat=50_Show%20Cases 

V současné době se k řešení široké třídy technických problémů (pružnostní úlohy, proudění, vedení tepla, elektromagnetické úlohy ap.) používá metoda konečných prvků (FEM) nebo metoda konečných objemů (FVM). Proces řešení lze obecně rozdělit na tři fáze: preprocessing (tvorba geometrie a generování sítě), výpočet a postprocessing (vizualizace výsledků). Tato práce bude věnována postprocessingu: student se naučí zacházet se softwarem VisIt pro vizualizaci vědeckých dat. Balík bude následně využit pro vizualizaci a analýzu konkrétních výsledků simulací proudění. Jedním ze závěrů práce bude porovnání možností programu VisIt oproti programu ParaView.

Jiří Staněk: Vizualizace a postprocessing výsledků konečnoprvkových simulací, bakalářská práce FM TUL, 2009

Pro výpočty napětí a deformací elastických těles komplexních geometrií existuje mnoho zavedených konečnoprvkových kódů, např. ANSYS, Abaqus či Nastran. Cílem této práce je provést výpočet namáhání elastického tělesa pomocí open-source softwarového balíku OpenFOAM, který je založen na metodě konečných objemů. Tento přístup do budoucna směřuje k řešení problému interakce proudění s elastickou strukturou.

Při výpočtech proudění metodou konečných prvků nebo konečných objemů má volba výpočetní sítě zásadní vliv na rychlost konvergence algoritmu a na kvalitu řešení. V případě složitých geometrií z průmyslové praxe lze stěží vystačit s akademickými generátory sítí, a je potřeba použít software schopný importovat CAD geometrie.

Cílem práce je prozkoumat možnosti open-source balíku Salome a s jeho pomocí vygenerovat 3D síť na složité geometrii.

Rozsáhlé paralelní výpočty často generují značně obsáhlé soubory s výstupními daty - při nestacionárních výpočtech tak objem dat uložených na disk snadno šplhá na desítky GB. Vizualizace těchto dat je potom značně výpočetně i časově náročná.

Cílem práce je ověřit možnosti paralelní vizualizace v prostředí ParaView a vyhodnotit možnou úsporu času při paralelní vizualizaci na výpočetním clusteru Hydra.

http://www.cs.unm.edu/~kmorel/documents/sc05/index.html

Nestrukturované výpočetní sítě lze jen obtížně zjemňovat v blízkosti hranic. V CFD simulacích to vede k nedostatečnému zachycení mezních vrstev a nepřesným výpočtům koeficientů odporu a vztlaku; v praxi se často používají nestrukturované objemové sítě kombinované se strukturovanými sítěmi v blízkosti hranice.

Cílem práce je generování hexahedrálních sítí zjemněných v blízkosti hranic výpočetních oblastí v prostředí OpenFOAM s využitím generátoru snappyHexMesh.

http://www.openfoam.com/docs/user/snappyHexMesh.php

Cílem práce je numerická simulace rozkmitávání leteckého profilu proudícím vzduchem (flutter křídla letadla). Práce bude řešena v programu OpenFOAM. Jako základ bude použit tutoriál, který bude modifikován tak, aby výsledky výpočtu mohly být porovnány s dostupnými experimentálními daty.

http://www.openfoam.com/

Cílem práce je naučit se pracovat v softwaru OpenFOAM, vyzkoušet různá diskretizační schémata, která program nabízí, a porovnat rychlost a přesnost výpočtu na benschmarkovém případu obtékání válce tekutinou.

http://www.openfoam.com