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Inverse problem and uncertainty quantification : application to compressible gas dynamics
No full textCette thèse porte sur la propagation d'incertitudes et la résolution de problème inverse et leur accélération par Chaos Polynomial. L'objectif est de faire un état de l'art et une analyse numérique des méthodes spectrales de type Chaos Polynomial, d'en comprendre les avantages et les inconvénients afin de l'appliquer à l'étude probabiliste d'instabilités hydrodynamiques dans des expériences de tubes à choc de type Richtmyer-Meshkov. Le second chapitre fait un état de l'art illustré sur plusieurs exemples des méthodes de type Chaos Polynomial. Nous y effectuons son analyse numérique et mettons en évidence la possibilité d'améliorer la méthode, notamment sur des solutions irrégulières (en ayant en tête les difficultés liées aux problèmes hydrodynamiques), en introduisant le Chaos Polynomial généralisé itératif. Ce chapitre comporte également l'analyse numérique complète de cette nouvelle méthode. Le chapitre 3 a fait l'objet d'une publication dans Communication in Computational Physics, celle-ci a récemment été acceptée. Il fait l'état de l'art des méthodes d'inversion probabilistes et focalise sur l'inférence bayesienne. Il traite enfin de la possibilité d'accélérer la convergence de cette inférence en utilisant les méthodes spectrales décrites au chapitre précédent. La convergence théorique de la méthode d'accélération est démontrée et illustrée sur différents cas-test. Nous appliquons les méthodes et algorithmes des deux chapitres précédents à un problème complexe et ambitieux, un écoulement de gaz compressible physiquement instable (configuration tube à choc de Richtmyer-Meshkov) avec une analyse poussée des phénomènes physico-numériques en jeu. Enfin en annexe, nous présentons quelques pistes de recherche supplémentaires rapidement abordées au cours de cette thèse.This thesis deals with uncertainty propagation and the resolution of inverse problems together with their respective acceleration via Polynomial Chaos. The object of this work is to present a state of the art and a numerical analysis of this stochastic spectral method, in order to understand its pros and cons when tackling the probabilistic study of hydrodynamical instabilities in Richtmyer-Meshkov shock tube experiments. The first chapter is introductory and allows understanding the stakes of being able to accurately take into account uncertainties in compressible gas dynamics simulations. The second chapter is both an illustrative state of the art on generalized Polynomial Chaos and a full numerical analysis of the method keeping in mind the final application on hydrodynamical problems developping shocks and discontinuous solutions. In this chapter, we introduce a new method, naming iterative generalized Polynomial Chaos, which ensures a gain with respect to generalized Polynomial Chaos, especially with non smooth solutions. Chapter three is closely related to an accepted publication in Communication in Computational Physics. It deals with stochastic inverse problems and introduces bayesian inference. It also emphasizes the possibility of accelerating the bayesian inference thanks to iterative generalized Polynomial Chaos described in the previous chapter. Theoretical convergence is established and illustrated on several test-cases. The last chapter consists in the application of the above materials to a complex and ambitious compressible gas dynamics problem (Richtmyer-Meshkov shock tube configuration) together with a deepened study of the physico-numerical phenomenon at stake. Finally, in the appendix, we also present some interesting research paths we quickly tackled during this thesis
Uncertainty quantification applied to the performance analysis of a conical diffuser
No full textThis paper offers an uncertainty quantification (UQ) study applied to the performance analysis of the ERCOFTAC conical diffuser. A deterministic CFD solver is coupled with a non-statistical generalised Polynomial Chaos(gPC)representation based on a pseudo-spectral projection method. Such approach has the advantage to not require any modification of the CFD code for the propagation of random disturbances in the aerodynamic field. The stochactic results highlihgt the importance of the inlet velocity uncertainties on the pressure recovery both alone and when coupled with a second uncertain variable. From a theoretical point of view, we investigate the possibility to build our gPC representation on arbitray grid, thus increasing the flexibility of the stochastic framework
Sensitivity analysis for numerical simulation of compressible flows in external aerodynamics
No full textL'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-oriented.Sensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Contribution of fluid mechanics in the study of aortic blood flows
No full textLe vieillissement est associé à des modifications morphologiques, fonctionnelles et hémodynamiques du système artériel, le plus souvent aggravées par la survenue de maladies cardiovasculaires. La compréhension de ces interactions aggravantes est importante pour réduire le risque encouru par le patient. L’imagerie médicale joue un rôle majeur dans cette perspective au travers de modalités telles que l’IRM de contraste de phase combinée à l’analyse quantitative des images obtenues ainsi qu’à la résolution numérique des équations de Navier Stokes qui régissent l’hémodynamique de l’écoulement sanguin. Cette thèse a donc pour but de mettre au point et combiner des méthodes de traitement d’images de vélocimétrie 4D acquises en IRM et de mécanique des fluides pour extraire des biomarqueurs quantitatifs tels que les cartographies de pressions intra-aortiques et leurs propagations spatio-temporelles, la contrainte de cisaillement aux parois aortiques et la vorticité intra-aortique. Nous avons ainsi montré la capacité de ces biomarqueurs à détecter les atteintes infra-cliniques liées à l’âge et à caractériser la dilatation aortique pathologique. De plus, les liens entre distributions spatio-temporelles des pressions et apparition et persistance des vortex ou encore contrainte de cisaillement ont été montrés. Dans un second travail, nous avons mis au point un modèle de simulation numérique permettant de résoudre le système d’équations de Navier-Stokes par élément finis. Une méthode de projection itérative a été appliquée à des modèles de sténose 2D et 3D ainsi qu’à des géométries aortiques 3D issues de segmentations pour valider notre implémentation. Finalement, un travail préliminaire d’application de notre modèle numérique à des géométries patients-spécifiques a été réalisé indiquant des liens encourageants entre données simulées et mesures IRM.Aging is associated with morphological, functional and hemodynamic changes in the arterial system, most often aggravated by cardiovascular disease. Understanding these aggravating interactions is important to reduce patients risk. Medical imaging plays a major role in this context through modalities such as velocity encoding MRI combined with quantitative image processing and computational resolution of Navier-Stokes equations that govern blood flow hemodynamics. The aim of this thesis is to develop and combine image processing methods dedicated to 4D flow MRI data analysis with computational fluid dynamics to extract quantitative biomarkers such as intra-aortic pressure fields and their spatio-temporal propagations, aortic wall shear stress and intra-aortic vorticity. We have demonstrated the ability of these biomarkers to detect age-related sub-clinical aortic impairment and to characterize pathological aortic dilatation. In addition, association of spatio-temporal aortic pressure distributions with vortex occurrence and duration as well as with wall shear stress were studied. In a second work, we developed a numerical simulation software to solve the Navier-Stokes system using finite element models. An iterative projection method was applied to 2D and 3D vessel stenosis models as well as to 3D geometrical aortic models resulting from segmentation to validate our implementation. Finally, a preliminary work applying our numerical model to patient-specific geometries was performed revealing encouraging associations between simulated data and MRI measures
Characterization of thoracic aortic hemodynamics using MRI, applanation tonometry and numerical modelling
No full textL'aorte conduit le sang oxygéné aux organes et amortit l'onde pulsatile cardiaque. Au cours du vieillissement, elle est exposée à des altérations hémodynamiques et à une rigidité augmentée, elle-même associée à la mortalité.L'objectif de ma thèse est de proposer, à partir de l'IRM et des simulations, des indices non-invasifs de l'hémodynamique aortique locale, qui soient simples, rapides et complémentaires aux indices IRM de géométrie et de fonction aortiques établis.Un premier volet est consacré au développement et la personnalisation d'un modèle 1D de l'aorte descendante, validé qualitativement et quantitativement avec des données IRM sur 7 sujets, afin d'extraire des paramètres de pression, vitesse et surface.Un second volet, dédié aux données IRM, est centré sur :la comparaison de 7 méthodes d'évaluation de la pulsatilité aortique et leur validation avec la référence sur 70 sujets sains la quantification du flux réverse aortique et l'étude de sa variation avec l'âge, ainsi que l'identification de ses déterminants sur 96 sujets sains l'estimation automatique d'indices hémodynamiques de la sténose valvulaire aortique (SVA) et leur comparaison à l'échocardiographie Doppler sur 53 patients avec une SVA et 21 contrôles.Ainsi, le modèle aortique pourrait aider à identifier les déterminants des altérations aortiques et à consolider les observations in vivo. Par ailleurs, les outils mis au point pour l'analyse reproductible des données d'IRM fournissent des indices caractéristiques du vieillissement, qui pourraient être étudiés vis-à-vis des organes cibles (coeur, cerveau, rein, etc.) dans les pathologies cardiovasculaires (hypertension artérielle, drépanocytose).The aorta conducts oxygenated blood to organs and also cushions the cardiac pulse wave. Such artery is exposed to age-related hemodynamic alterations and increased stiffness, which is associated with mortality. The objective of my PhD thesis is to propose, using MRI and numerical simulations, non-invasive indices of local aortic hemodynamics, which would be simple, fast and complementary to established aortic geometry and function MRI indices. A first work aims at developing and personalizing a 1D model of the descending aorta, as well as validating such model both qualitatively and quantitatively against MRI data acquired in 7 subjects, to eventually extract pressure, velocity and area parameters. A second work, which is based on MRI data, focuses on: the comparison of 7 methods for the evaluation of aortic pulsatility and their validation against the reference method in 70 healthy subjects, the quantification of aortic reverse flow and its variation with age, as well as the identification of its prime determinants in 96 healthy subjects, : the automated estimation of hemodynamic indices in aortic valve stenosis (AVS) as well as their comparison with the reference Doppler echocardiography, in 53 patients with AVS and 21 controls. Thus, the aortic model could help to identify determinants of aortic alterations and to strengthen in vivo observations. Besides, software tools developed for the reproducible analysis of MRI data provide indices that are characteristic of aging, and which could be studied in relation to end-target organs damage (heart, brain, kidney, etc.) in the setting of cardiovascular pathologies (hypertension, sickle cell disease)
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Full text linkWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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