Heidelberger Akademie der Wissenschaften [Editor]
Jahrbuch ... / Heidelberger Akademie der Wissenschaften: Jahrbuch 2015
— 2016
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https://doi.org/10.11588/diglit.55653#0301
DOI chapter:
C. Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
DOI chapter:II. Das WIN-Kolleg
DOI chapter:Sechster Forschungsschwerpunkt „Messen und Verstehen der Welt durch die Wissenschaft“
DOI chapter:14. Charakterisierung von durchströmten Gefäßen und der Hämodynamik mittels modell- und simulationsbasierter Fluss-MRI (CFD-MRI)
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- Umschlag
- Schmutztitel
- Titelblatt
- 5-10 Inhaltsverzeichnis
- 11-150 A. Das akademische Jahr 2015
-
151-239
B. Die Forschungsvorhaben
- 151-152 I. Forschungsvorhaben und Arbeitsstellenleiter (Übersicht)
-
153-239
II. Tätigkeitsberichte (chronologisch)
- 153-156 1. Deutsche Inschriften des Mittelalters
- 156-159 2. Wörterbuch der altgaskognischen Urkundensprache (DAG)
- 159-164 3. Deutsches Rechtswörterbuch
- 165-167 4. Martin Bucers Deutsche Schriften ´
- 167-169 5. Goethe-Wörterbuch (Tübingen)
- 169-172 6. Melanchthon-Briefwechsel
- 172-175 7. Altfranzösisches etymologisches Wörterbuch (DEAF)
- 175-180 8. Epigraphische Datenbank römischer Inschriften
- 181-183 9. Evangelische Kirchenordnungen des 16. Jahrhunderts
- 184-188 10. Edition literarischer Keilschrifttexte aus Assur
- 188-193 11. Buddhistische Steininschriften in Nordchina
- 194-196 12. Geschichte der südwestdeutschen Hofmusik im 18. Jahrhundert (Schwetzingen)
- 196-206 13. The Role of Culture in Early Expansions of Humans (Frankfurt/Tübingen)
- 206-211 14. Nietzsche-Kommentar (Freiburg)
- 211-215 15. Klöster im Hochmittelalter: Innovationslabore europäischer Lebensentwürfe und Ordnungsmodelle
- 215-222 16. Der Tempel als Kanon der religiösen Literatur Ägyptens (Tübingen)
- 222-226 17. Kommentierung der Fragmente der griechischen Komödie (Freiburg)
- 226-230 18. Kommentierung und Gesamtedition der Werke von Karl Jaspers sowie Edition der Briefe und des Nachlasses in Auswahl
- 231-234 19. Historisch-philologischer Kommentar zur Chronik des Johannes Malalas (Tübingen)
- 234-239 20. Religions- und rechtsgeschichtliche Quellen des vormodernen Nepal
-
241-315
C. Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
- 241-250 I. Die Preisträger
-
251-308
II. Das WIN-Kolleg
- 251-253 Aufgaben und Ziele des WIN-Kollegs
- 254 Verzeichnis der WIN-Kollegiaten
- 256-263 Fünfter Forschungsschwerpunkt „Neue Wege der Verflechtung von Natur- und Geisteswissenschaften“
-
264-
Sechster Forschungsschwerpunkt „Messen und Verstehen der Welt durch die Wissenschaft“
- 264-265 3. Analyzing, Measuring and Forecasting Financial Risks by means of High-Frequency Data
- 266-270 4. Das menschliche Spiegelneuronensystem: Wie erfassen wir, was wir nicht messen können?
- 270-271 5. Geld, Gunst und Gnade. Die Monetarisierung der Politik im 12. und 13. Jahrhundert
- 271-274 6. Neogeographie einer Digitalen Erde: Geo-Informatik als methodische Brücke in der interdisziplinären Naturgefahrenanalyse (NEOHAZ)
- 274-277 7. Quantifizierung und Operationalisierung der Verhältnismäßigkeit von internationalen und interlokalen Sanktionen
- 278-283 8. Regulierung neuer Herausforderungen in den Naturwissenschaften – Datenschutz und Datenaustausch in der transnationalen genetischen Forschung
- 284-287 9. Der digital turn in den Altertumswissenschaften: Wahrnehmung – Dokumentation – Reflexion
- 288-291 10. Juristisches Referenzkorpus (JuReKo) – Computergestützte Zugänge zu Sprache und Dogmatik des Rechts
- 291-294 11. Die Vermessung der Welt. Religiöse Deutung und empirische Quantifizierung im mittelalterlichen Europa
- 294-297 12. Wissen(schaft), Zahl und Macht. Zeitgenössische Politik zwischen Rationalisierung und Zahlenhörigkeit
- 298-301 13. Thermischer Komfort und Schmerz: Reflexionen zur Methodik und deren Auswirkungen
- 301-304 14. Charakterisierung von durchströmten Gefäßen und der Hämodynamik mittels modell- und simulationsbasierter Fluss-MRI (CFD-MRI)
- 304-307 15. Zählen und Erzählen. Spielräume und Korrelationen quantitativer und qualitativer Welterschließung
- 307-308 16. Metaphern und Modelle – Zur Übersetzung von Wissen in Verstehen
-
309-315
III. Akademiekonferenzen
- 317-386 D. Antrittsreden, Nachrufe, Organe und Mitglieder
- 387-392 E. Anhang
- 393-401 Personenregister
- Umschlag
C. Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses
3. Schritt: Berechne a) Differenz aus CFD und MRI
Ergebnis J = b) dessen Gradienten dJ und
c) daraus neue Parameter für Rand/Porosität <j>i+1
Abb. 1: Das CFD-MRI Verfahren schematisch, welches durch ein
Abstiegsverfahrengradientenbasiert ein Topologieoptimierungsproblem löst.
ist und durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben werden kann. Die
Kenntnis des Modells macht sich das CFD-MRI-Verfahren zunutze, um zum ei-
nem das Rauschen durch numerische Strömungssimulation (CFD, computational
fluid dynamics) heraus zurechnen und zum anderen von Durchschnittsbildung
ausgehend auf feine Strukturen der Geometrie zu schließen. Dazu wird zunächst
ein parametrisiertes CFD-Modell erstellt, bei dem die Parameter die zugrundelie-
gende Geometrie und Randbedingungen mittels eines Porösen-Medien-Modells
beschreiben. Zur Berechnung der Parameter wird nun ein Optimierungsproblem
gelöst, welches den Unterschied aus Messungs- und parameterabhängigem Si-
mulationsergebnis minimiert, die Durchschnittsbildung bei der Messung berück-
sichtigt und zugleich den Modellgleichungen genügt. Man erhält so ein feiner
aufgelöstes Bild der Strömungsgeschwindigkeiten mit zugehöriger Geometrie,
welches den Messergebnissen entspricht, Messartefakte eliminiert und in Bezug
auf das Strömungsmodell sinnvoll ist.
2. Grundlegende Methodenentwicklung zur optimal-kalibrierten CFD-Simulation
Die Einbeziehung von strömungsdynamischer Modellierung und Simulation in
die 3D-Fluss-MRI-Messtechnik zur detaillierten Charakterisierung von durch-
strömten Gefäßen und Strömungen wurde bislang noch nicht untersucht. Um
Anwendungen in der Medizin zu ermöglichen sind grundlegende Untersuchun-
gen nötig. Dazu erforderlich sind eine parameterbasierte Modellierung und das
effiziente Lösen eines nicht-linearen Optimierungsproblems. Zur Realisierung
wurde ein neues effizientes numerisches Verfahren zur Topologieoptiniierung entwi-
ckelt und in Form eines effizienten parallelen Algorithmus umgesetzt.
Das Verfahren (Topologieoptimierung, siehe Schema in Abbildung 1) kombi-
niert Ansätze zur numerischen Simulation von porösen Medien mit LBM, wie
302
3. Schritt: Berechne a) Differenz aus CFD und MRI
Ergebnis J = b) dessen Gradienten dJ und
c) daraus neue Parameter für Rand/Porosität <j>i+1
Abb. 1: Das CFD-MRI Verfahren schematisch, welches durch ein
Abstiegsverfahrengradientenbasiert ein Topologieoptimierungsproblem löst.
ist und durch die Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben werden kann. Die
Kenntnis des Modells macht sich das CFD-MRI-Verfahren zunutze, um zum ei-
nem das Rauschen durch numerische Strömungssimulation (CFD, computational
fluid dynamics) heraus zurechnen und zum anderen von Durchschnittsbildung
ausgehend auf feine Strukturen der Geometrie zu schließen. Dazu wird zunächst
ein parametrisiertes CFD-Modell erstellt, bei dem die Parameter die zugrundelie-
gende Geometrie und Randbedingungen mittels eines Porösen-Medien-Modells
beschreiben. Zur Berechnung der Parameter wird nun ein Optimierungsproblem
gelöst, welches den Unterschied aus Messungs- und parameterabhängigem Si-
mulationsergebnis minimiert, die Durchschnittsbildung bei der Messung berück-
sichtigt und zugleich den Modellgleichungen genügt. Man erhält so ein feiner
aufgelöstes Bild der Strömungsgeschwindigkeiten mit zugehöriger Geometrie,
welches den Messergebnissen entspricht, Messartefakte eliminiert und in Bezug
auf das Strömungsmodell sinnvoll ist.
2. Grundlegende Methodenentwicklung zur optimal-kalibrierten CFD-Simulation
Die Einbeziehung von strömungsdynamischer Modellierung und Simulation in
die 3D-Fluss-MRI-Messtechnik zur detaillierten Charakterisierung von durch-
strömten Gefäßen und Strömungen wurde bislang noch nicht untersucht. Um
Anwendungen in der Medizin zu ermöglichen sind grundlegende Untersuchun-
gen nötig. Dazu erforderlich sind eine parameterbasierte Modellierung und das
effiziente Lösen eines nicht-linearen Optimierungsproblems. Zur Realisierung
wurde ein neues effizientes numerisches Verfahren zur Topologieoptiniierung entwi-
ckelt und in Form eines effizienten parallelen Algorithmus umgesetzt.
Das Verfahren (Topologieoptimierung, siehe Schema in Abbildung 1) kombi-
niert Ansätze zur numerischen Simulation von porösen Medien mit LBM, wie
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