CPM model applied to turbulent event detections

The present work shows the application of a change-point model (CPM), based on the Cramer von Mises test for turbulent structures detection in airflow. Specifically, it models the occurrence of vortices in the wake of an airfoil having a flow control device in its trailing edge. It seeks to compare the results obtained with conventional statistical methodologies employed in this type of analysis and the application of a change-point model. The main objective is to detect the characteristic frequencies of the turbulent structures immersed in the airflow. The results show good response of the CPM methodology in the analysis of these flows, comparatively we observed the same values obtained by the methods mentioned above. This work shows a new application of change-point models for detecting changes in a time-dependent random signal which has an unknown distribution a priori.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ingeniería. Uidet Grupo de Ensayos Mecanicos Aplicados.; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Stochastic algorithms applied to vortex detections in turbulent flow (Part I)

The need to establish the downwind fluid dynamic field of aerodynamic bodies subjected to a givenvelocity field is well known, to verify their specific aerodynamic characteristics and therefore their efficiency. In this context, different techniques allow us to establish the characteristics of the field, on the one hand, visualizations, which define the qualitative characteristics of it, but it is almost always necessary to carry out quantitative determinations to describe the field correctly, particularly when the field is made up of turbulent wakes, characteristic of aerodynamic bodies under extreme operating conditions. In this sense, in the experimental field and for the definition of the turbulent flow field, it is common to use hot-wire anemometry techniques, which have great capabilities to quantify high-frequency events. Previous work has analysed the determination of changes in hot-wire anemometry signals for the detection of events in turbulent flows with different models, based on numerical algorithms, for the determination of change points (CPM - Change PointModel). The results obtained have shown agreement with conventional methodologies used for thedetermination of turbulent flow characteristics. The present work aims to compare the results obtained previously with the application of new CPM models developed in recent years. Previously applied and evaluated measurements are used, the implementation of the new models is carried out and the results are compared. All the algorithms used can detect changes in data that do not have a known distribution, i.e. non-parametric distributions, which are typical for turbulent flow field signals. The evaluation of measurement signals based on hot-wire anemometry is performed, considering measurements of the fluctuating components of the wind tunnel velocity at a specific point. The signals used correspond to periodic detachments downstream of a flow controldevice (Gurney mini-flap) at the trailing edge of an airfoil. In this way, the determination and characterization of vortices of different types is sought, to validate the different results obtained. The results show which are the best models to use for the experimental detection of such turbulent events in the flow field. These is the first approximation to the evaluation of the complete measurement with different arrange of the mini-flaps, in this case only for the static one.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentin

Stochastic algorithms applied to vortex detections in turbulent flow (Part I)

The need to establish the downwind fluid dynamic field of aerodynamic bodies subjected to a givenvelocity field is well known, to verify their specific aerodynamic characteristics and therefore their efficiency. In this context, different techniques allow us to establish the characteristics of the field, on the one hand, visualizations, which define the qualitative characteristics of it, but it is almost always necessary to carry out quantitative determinations to describe the field correctly, particularly when the field is made up of turbulent wakes, characteristic of aerodynamic bodies under extreme operating conditions. In this sense, in the experimental field and for the definition of the turbulent flow field, it is common to use hot-wire anemometry techniques, which have great capabilities to quantify high-frequency events. Previous work has analysed the determination of changes in hot-wire anemometry signals for the detection of events in turbulent flows with different models, based on numerical algorithms, for the determination of change points (CPM - Change PointModel). The results obtained have shown agreement with conventional methodologies used for thedetermination of turbulent flow characteristics. The present work aims to compare the results obtained previously with the application of new CPM models developed in recent years. Previously applied and evaluated measurements are used, the implementation of the new models is carried out and the results are compared. All the algorithms used can detect changes in data that do not have a known distribution, i.e. non-parametric distributions, which are typical for turbulent flow field signals. The evaluation of measurement signals based on hot-wire anemometry is performed, considering measurements of the fluctuating components of the wind tunnel velocity at a specific point. The signals used correspond to periodic detachments downstream of a flow controldevice (Gurney mini-flap) at the trailing edge of an airfoil. In this way, the determination and characterization of vortices of different types is sought, to validate the different results obtained. The results show which are the best models to use for the experimental detection of such turbulent events in the flow field. These is the first approximation to the evaluation of the complete measurement with different arrange of the mini-flaps, in this case only for the static one.Fil: Marañon Di Leo, Julio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; ArgentinaFil: Calandra, Maria Valeria. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Delnero, Juan Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería. Departamento de Aeronáutica. Laboratorio de Capa Límite y Fluído Dinámica Ambiental; Argentin

Ground currents in a photovoltaic power plant: Theoretical approach and experimental tests

Arrays of photovoltaic (PV) modules, mounted on metallic structures, always create stray capacitances between active conductors and ground. Thus, leakage currents flowing in these ground capacitances are formed. If the number of PV modules array is high, these currents can reach some amperes. Noticeable leakage currents can cause several problems related to the proper operation of electrical installation and appliances and to the safety of people. In this work, the problem of the ground currents in PV arrays is firstly studied from a theoretical point of view. Suitable equivalent circuits are presented. Then, the set-up and the results of a field measurement for the estimation of the leakage currents in an operating PV power plant are reported

Introducing NCL-SM: A Fully Annotated Dataset of Images from Human Skeletal Muscle Biopsies

Single cell analysis of skeletal muscle (SM) tissue is a fundamental tool for understanding many neuromuscular disorders. For this analysis to be reliable and reproducible, identification of individual fibres within microscopy images (segmentation) of SM tissue should be precise. There is currently no tool or pipeline that makes automatic and precise segmentation and curation of images of SM tissue cross-sections possible. Biomedical scientists in this field rely on custom tools and general machine learning (ML) models, both followed by labour intensive and subjective manual interventions to get the segmentation right. We believe that automated, precise, reproducible segmentation is possible by training ML models. However, there are currently no good quality, publicly available annotated imaging datasets available for ML model training. In this paper we release NCL-SM: a high quality bioimaging dataset of 46 human tissue sections from healthy control subjects and from patients with genetically diagnosed muscle pathology. These images include $>$ 50k manually segmented muscle fibres (myofibres). In addition we also curated high quality myofibres and annotated reasons for rejecting low quality myofibres and regions in SM tissue images, making this data completely ready for downstream analysis. This, we believe, will pave the way for development of a fully automatic pipeline that identifies individual myofibres within images of tissue sections and, in particular, also classifies individual myofibres that are fit for further analysis.Comment: Extended Abstract presented at Machine Learning for Health (ML4H) symposium 2023, December 10th, 2023, New Orleans, United States, 09 pages Full Paper presented at Big Data Analytics for Health and Medicine (BDA4HM) workshop, IEEE BigData 2023, December 15th-18th, 2023, Sorrento, Ital

Comparación de distintos modelos de punto de cambio para detección de cambios en señales de flujo turbulento

En trabajos previos se ha realizado el análisis de la determinación de cambios en señales de anemometría de hilo caliente para la detección de eventos en flujos turbulentos con distintos modelos, basados en algoritmos numéricos, para la determinación de puntos de cambio (CPM – Change Point Model). Los resultados obtenidos han demostrado concordancia con las metodologías convencionales. El presente trabajo tiene como objeto la comparación de los resultados obtenidos previamente con la aplicación de nuevos modelos CPM desarrollados en los últimos años. Se utilizan mediciones previamente utilizadas y evaluadas, realizándose la implementación de los nuevos modelos y comparando los resultados entre ellos. Todos los algoritmos empleados logran detectar cambios en datos que no presenten una distribución conocida, es decir distribuciones no paramétricas, las cuales son típicas para señales de campos de flujo turbulento. Se realiza la evaluación de señales de medición basadas en anemometría de hilo caliente, considerando mediciones de las componentes fluctuantes de la velocidad en túnel de viento en un punto específico. Las señales utilizadas se corresponden con desprendimientos periódicos aguas abajo de un dispositivo de control de flujo (mini flap de Gurney) en el borde de fuga de un perfil aerodinámico. Los resultados obtenidos muestran buena concordancia entre los distintos métodos, se hace un análisis de errores y se establecen las bondades y desempeño de cada modelo.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 18Facultad de Ingenierí

Determinación de estructuras turbulentas mediante algoritmos numéricos

Este trabajo tiene como objetivo principal el análisis y la evaluación de una metodología para la detección de variaciones significativas (Puntos de Cambio) en una señal de serie de tiempo de la velocidad de un flujo turbulento corriente abajo del borde de fuga de un perfil aerodinámico, con un dispositivo de control pasivo de flujo (mini-flap de Gurney). El efecto global de este elemento es producir un aumento significativo en la sustentación, acompañado de un incremento relativamente menor en la resistencia del perfil. Su geometría genera desprendimientos vorticosos de escala espacial, aproximadamente h (altura del mini-flap), que modulan la estela e influyen así en la configuración global del flujo.Facultad de Ingenierí

Change point algorithms applied to the detection of vortex structures in turbulent flows

En este trabajo se presenta el análisis de la aplicación del modelo de un algoritmo de punto de cambio (Change Point Model, CPM), basado en tests no paramétricos, para la detección de estructuras turbulentas en un flujo de aire. Se busca detectar los vórtices generados en la estela de un perfil aerodinámico dotado de un dispositivo de control pasivo de flujo (mini flap de Gurney) ubicado en el borde de fuga. De la muestra de datos obtenida se analiza la aplicación de modelos CPM, con el fin de determinar los posibles cambios de la fluctuación de la velocidad sensada, comparando los resultados con análisis tradicionales. El objetivo principal del estudio es el de detectar las frecuencias características de las estructuras turbulentas inmersas en el campo del flujo. De los resultados obtenidos se desprende que el modelo CPM basado en el test de Cramer-von Mises (CPM-CvM) presenta una buena concordancia con las detecciones esperadas (diferencias menores al 9,5%), mostrando ser una herramienta alternativa para el análisis de estos tipos de flujo en tiempo real. Este trabajo muestra, finalmente, una nueva aplicación para CPM en la detección de cambios en señales aleatorias dependientes del tiempo que tienen una distribución, a priori, desconocida.The present work shows the application of a change point model (CPM) algorithm, based on non-parametric tests, to turbulent structures detection in an airflow. It seeks to detect the vortices generated in the wake of an airfoil, equipped with a passive flow control device (Gurney mini flap) in its trailing edge. By applying CPM models to the sample data, this paper seeks to determine the possible changes to the velocity fluctuations and compare the model's effectiveness to traditional methods. The main objective of this study is to detect the characteristic frequencies of the turbulent structures immersed in the airflow. The results show that the CPM methodology, based on the Cramer- von Mises (CPM-CvM) test, produces results that coincide with values predicted by traditional methods (less than 9.5% of mismatch), validating its use as a real time alternative tool for the analysis of these types of flows. Finally, this work shows a new application of CPM for detecting changes in a time-dependent random signal, which has an a priori unknown distribution.Facultad de IngenieríaLaboratorio de Capa Límite y Fluidodinámica AmbientalGrupo de Aplicaciones Matemáticas y Estadísticas de la Facultad de Ingenierí

Comparación de distintos modelos de punto de cambio para detección de cambios en señales de flujo turbulento

En trabajos previos se ha realizado el análisis de la determinación de cambios en señales de anemometría de hilo caliente para la detección de eventos en flujos turbulentos con distintos modelos, basados en algoritmos numéricos, para la determinación de puntos de cambio (CPM – Change Point Model). Los resultados obtenidos han demostrado concordancia con las metodologías convencionales. El presente trabajo tiene como objeto la comparación de los resultados obtenidos previamente con la aplicación de nuevos modelos CPM desarrollados en los últimos años. Se utilizan mediciones previamente utilizadas y evaluadas, realizándose la implementación de los nuevos modelos y comparando los resultados entre ellos. Todos los algoritmos empleados logran detectar cambios en datos que no presenten una distribución conocida, es decir distribuciones no paramétricas, las cuales son típicas para señales de campos de flujo turbulento. Se realiza la evaluación de señales de medición basadas en anemometría de hilo caliente, considerando mediciones de las componentes fluctuantes de la velocidad en túnel de viento en un punto específico. Las señales utilizadas se corresponden con desprendimientos periódicos aguas abajo de un dispositivo de control de flujo (mini flap de Gurney) en el borde de fuga de un perfil aerodinámico. Los resultados obtenidos muestran buena concordancia entre los distintos métodos, se hace un análisis de errores y se establecen las bondades y desempeño de cada modelo.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV, no. 18Facultad de Ingenierí

Aplicación del test de Cramer von Mises para la detección múltiple en señales de flujo turbulento

El presente trabajo resulta de una continuación en las investigaciones realizadas previamente sobre la aplicación de un test de hipótesis en algoritmos de la metodología de punto de cambio en el análisis y detección de eventos turbulentos en una corriente de aire. A partir de los importantes resultados obtenidos previamente, se introduce en este caso el análisis de señales múltiples obtenidas de mediciones en las fluctuaciones de la velocidad en más de un punto en una estela corriente abajo de un perfil aerodinámico, el cual incorpora un sistema activo de control de flujo, el mismo consiste un mini-flap que tiene la posibilidad de desplegarse fuera del perfil con una frecuencia definida. Se busca, en particular, el análisis de la corriente del flujo para lo cual se introduce una detección secuencial del tipo de fase II. Este tipo de análisis permite la detección de cambios en la señal a medida que los valores de la medición son adquiridos. La medición de velocidad se realiza por la metodología de anemometría de hilo caliente, se consideran datos de las componentes fluctuantes de la velocidad medidas en túnel de viento en varios puntos del campo fluidodinámico, corriente abajo del perfil en la estela resultante, buscando correlaciones entre las variaciones detectadas.Publicado en Terceras Jornadas de Investigación, Transferencia y Extensión. La Plata : Universidad Nacional de La Plata, 2015.Facultad de Ingenierí