Η αγγειογένεση είναι η βασική διαδικασία κατά την οποία τα αγγεία αναπτύσσονται από ήδη υπάρχοντα. Αποτελεί βασική προϋπόθεση για ένα μεγάλο αριθμό φυσιολογικών και παθολογικών διαδικασιών. Πρόσφατα καθιερώθηκε ο όρος αρτηριογένεση εστιάζοντας στην διαδικασία με την οποία ένα προϋπάρχον μικρό αρτηριόλιο ωριμάζει και αναδιαμορφώνεται σε ένα μεγαλύτερο αρτηρίδιο που μπορεί να άγει πολύ μεγαλύτερη ποσότητα αίματος στη μονάδα του χρόνου ως απάντηση στην αυξημένη ενδαγγειακή ροή και πίεση αίματος. Έτσι, η ενεργοποίηση της αρτηριογένεσης και η αιμοδυναμική υποβοήθηση των υπαρχόντων παραπλεύρων αγγείων (θεραπευτική αγγειογένεση) αποτελεί σήμερα έναν ελκυστικό ερευνητικό στόχο με σκοπό την επαναιμάτωση και συνεπώς σωτηρία ευαίσθητων στην ισχαιμία ιστών όπως η καρδιά, ο εγκέφαλος και τα άκρα. O τομέας της θεραπευτικής αγγειογένεσης και αρτηριογένεσης αποτελεί σήμερα ένα ταχέως εξελισσόμενο πεδίο στην σύγχρονη έρευνα του καρδιαγγειακού συστήματος. Η στεφανιαία και περιφερική αρτηριακή αθηροσκλήρωση αποτελεί παγκοσμίως την πρωτεύουσα καρδιαγγειακή αιτία θνησιμότητας και νοσηρότητας. Σε πολλούς ασθενείς δεν είναι εφικτή ούτε η διαδερμική ενδοαγγειακή αντιμετώπιση με αγγειοπλαστική και μεταλλικές ενδοπροθέσεις (stents) ούτε η χειρουργική επαναγγείωση του ισχαιμούντος ιστού μέσω αρτηριακής παράκαμψης (bypass). Έτσι η έρευνα για τα καρδιαγγειακά νοσήματα έχει εστιάσει την προσοχή της σε νέους ελάχιστα επεμβατικούς τρόπους επαναιμάτωσης, όπως είναι η θεραπευτική αγγειογένεση με ενδοαρτηριακή, ενδομυϊκή ή περιαγγειακή έγχυση διαφόρων αγγειογενετικών παραγόντων οι οποίοι διεγείρουν τα ενδογενή αγγειογενετικά βιοχημικά μονοπάτια και προάγουν την ανάπτυξη παράπλευρου δικτύου (αρτηριογένεση) ικανού να αναστρέψει την ιστική ισχαιμία και υποξία. Διάφοροι αγγειογενετικοί παράγοντες έχουν δοκιμαστεί στην κλινική πράξη για την ενίσχυση του παράπλευρου αρτηριδιακού δικτύου στην στεφανιαία νόσο και στην περιφερική αγγειοπάθεια με αμφιλεγόμενα μέχρι τώρα αποτελέσματα. Η θρομβίνη είναι ένα ένζυμο με δραστικότητα σερινοπρωτεάσης που αποτελεί μόριο κλειδί στους βιοχημικούς καταρράκτες της πήξης και αιμόστασης. Πρόσφατες έρευνες έχουν αποδείξει επίσης ότι η θρομβίνη ενεργοποιεί την διαδικασία της αγγειογένεσης μέσω μηχανισμών εξαρτώμενων και ανεξάρτητων από την πήξη του αίματος. Πρόσφατα βρέθηκε ότι η θρομβίνη συμμετέχει στις διεργασίες επιβίωσης των ενδοθηλιακών κυττάρων. Αυτό μπορεί να ανοίξει νέους ορίζοντες όσον αφορά το γενικότερο ρόλο της θρομβίνης στην αγγειοπροστασία και τη συμβολή της στη διατήρηση της ακεραιότητας του τοιχώματος των αγγείων. Η αλληλεπίδραση των αγγειογενετικών αυξητικών παράγοντων και των διαφόρων μηχανισμών αγγειοπροστασίας είναι ουσιώδης τόσο για την ανάπτυξη όσο και για την ωρίμανση των νέων αιμοφόρων αγγείων κατά την εξέλιξη των φαινομένων της αγγειογένεσης και της αρτηριογένεσης. Σκοπός της συγκεκριμένης ερευνητικής δουλειάς ήταν η δοκιμασία, επιβεβαίωση, και κατά κύριο λόγο η σύγκριση της αγγειογενετικής δραστηριότητας της θρομβίνης με άλλους καταξιωμένους αυξητικούς παράγοντες σε ένα in vivo μοντέλο ισχαιμίας κάτω άκρων, με απώτερο στόχο την εφαρμογή της για την πρόκληση θεραπευτικής αγγειογένεσης και επαναιμάτωσης στα πλαίσια κλινικών συνδρόμων ισχαιμίας. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν καινοτόμες πειραματικές μεθοδολογίες για την πρόκληση, μορφολογική απεικόνιση και λειτουργική μελέτη της αγγειογένεσης και αρτηριογένεσης στα κάτω άκρα κονίκλων. Μελετήσαμε τις αρτηριογενετικές ιδιότητες της θρομβίνης σε ένα μοντέλο αμφοτερόπλευρης ισχαιμίας κάτω άκρων κονίκλου και δείξαμε για πρώτη φορά ότι η εξωγενής χορήγηση θρομβίνης ενισχύει το σχηματισμό νέων λειτουργικών και σταθερών παράπλευρων αγγειακών δικτύων και αποκαθιστά την αιματική άρδευση των ίσχαιμων κάτω άκρων. Η παρούσα μελέτη παρέχει τα πρώτα επιστημονικά δεδομένα για την αρτηριογενετική δράση της θρομβίνης, η οποία πιθανόν υπερέχει άλλων κλασσικών αγγειογενετικών παραγόντων (bFGF, VEGF). Επιπλέον εξετάσαμε διάφορα δοσολογικά σχήματα χορήγησης του μορίου της θρομβίνης και επιβεβαιώσαμε την αγγειογενετική της δράση τόσο σε ένα χειρουργικό, όσο και σε ένα ελάχιστα επεμβατικό ενδοαγγειακό μοντέλο αμφοτερόπλευρης ισχαιμίας των οπίσθιων άκρων του κονίκλου. Η επιτυχία της επαναιμάτωσης με θρομβίνη επαληθεύτηκε τόσο μορφολογικά με ψηφιακή αγγειογραφία όσο και λειτουργικά με σύγχρονα πρωτόκολλα υπολογιστικής τομογραφίας αιματώσεως. / Compared with angiogenesis, arteriogenesis is a distinct process based on the remodeling and maturation of pre-existing arterioles into large conductance arteries. Therapeutic angiogenesis has been proposed as a potential treatment for ischemic atherosclerotic diseases. Since a variety of angiogenic factors have been tested with inconsistent so far clinical results, the challenge remains in identifying the factor(s) that will stimulate functional neovascularization. Thrombin has been reported to play a pivotal role in the initiation of angiogenesis by regulating and organizing a network of angiogenic mediators. Also, it was recently demonstrated that thrombin is a potent anti-apoptotic factor for endothelial cells, providing evidence on a potential role of thrombin in vascular protection and maintenance of vessel integrity. Based on these observations, we hypothesized that thrombin may promote the development of mature functional blood vessels. We have shown that thrombin promoted the formation of large collateral vessels and improved the perfusion of distal ischemic tissue in a rabbit hindlimb ischemia model. These results provide new insights in understanding the involvement of thrombin in vascular formation and point to a novel role of thrombin in arteriogenesis. Interplay between angiogenic growth factors and vascular maturation mechanisms are essential for the cascade of reactions involved in arteriogenesis, i.e. development of large conductance collateral vessels that may adequately compensate for atherosclerotic arterial occlusions. Thrombin stimulated robust collateral networks in the ischemic limbs, which was associated with a significant recovery of ischemic tissue perfusion as assessed by in-vivo perfusion studies. This may provide the basis for applications of thrombin and its nonthrombogenic analogs in therapeutic angiogenesis.

Οι μνήμες τεχνολογίας NAND Flash χρησιμοποιούνται ευρέως για αποθήκευση δεδομένων λόγω της χαρακτηριστικής πυκνότητας, της χαμηλής απαιτούμενης ισχύος, του χαμηλού κόστους, της υψηλής διεκπεραιωτικής ικανότητας και της αξιοπιστίας τους. Η ανάπτυξη της πολυεπίπεδης τεχνολογίας (MLC) έχει καταστήσει δυνατή την αντικατάσταση των σκληρών δίσκων οδήγησης (HDDs) στις φορητές συσκευές και ορισμένους υπολογιστές με NAND μνήμες. Βεβαίως, οι NAND μνήμες δεν διακρίνονται για την απουσία λαθών κατά την αποθήκευση, αλλά στηρίζονται σε τεχνικές διορθώσεις λαθών (ECC) για να επιτύχουν την κατάλληλη αξιοπιστία. Διάφορα φαινόμενα οδηγούν σε λάθη αποθήκευσης στις Flash μνήμες. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση αυτών των μηχανισμών εισαγωγής λαθών και η μελέτη από φυσικής πλευράς της τεχνολογίας των MLC NAND Flash μνημών. καθώς και η πειραματική αξιολόγηση τους και η εξαγωγή των αναγκαίων συμπερασμάτων. / --

Η μόνωση του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης επιβάλλεται για την διατήρηση της διαφοράς δυναμικού ανάμεσα στα υπό υψηλή τάση αγώγιμα μέρη. Μια ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία μονωτικών υλικών είναι τα μονωτικά υγρά. Χρήση των μονωτικών ελαίων έχουμε σε μετασχηματιστές, πυκνωτές, καλώδια, μονωτήρες διέλευσης και μετασχηματιστές οργάνων. Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο του γενικότερου ερευνητικού αντικειμένου της μεταβολής της διηλεκτρικής αντοχής των μονώσεων σε συνάρτηση με το σύνολο των παραγόντων που την επηρεάζουν. Η μόνωση γενικότερα, αποτελεί συστατικό στοιχείο κάθε συστήματος και εξοπλισμού υψηλής τάσης, με την αντοχή της οποίας εξασφαλίζεται η εύρυθμη λειτουργία του τελευταίου. Μία μόνωση υπόκειται σε διάφορες καταπονήσεις, οι οποίες οφείλονται σε υπερτάσεις που εμφανίζονται για ποικίλους λόγους. Οι κυριότερες εξ’ αυτών είναι οι εξωτερικές υπερτάσεις, που προκαλούνται από πτώση κεραυνού σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, οι εσωτερικές, οι οποίες προκαλούνται από σφάλματα ή χειρισμούς που λαμβάνουν χώρα σε δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, και οι υπερτάσεις από υπερπηδήσεις, που εμφανίζονται κατά τη διάσπαση άλλων μονώσεων μεταξύ κυκλωμάτων διαφορετικών τάσεων. Υπό την επίδραση καταπονήσεων η μόνωση μπορεί να υποστεί μεταβολές (μόνιμες ή παροδικές) διαφόρων ιδιοτήτων της. Η ορθή σχεδίαση της μονώσεως προϋποθέτει τη γνώση των υπερτάσεων που αναμένεται να αναπτυχθούν σε αυτή. Η μορφή της υπέρτασης που εξετάζεται στην παρούσα εργασία είναι η κεραυνική κρουστική τάση. Για τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις (κεραυνού) έχει οριστεί ως τάση δοκιμής η κρούση 1.2/50 μs γιατί η μέση τιμή πολλών καταγραφέντων ρευμάτων κεραυνού κατέληξε σε αυτή περίπου τη μορφή. Η παραγωγή των συγκεκριμένων τάσεων πραγματοποιήθηκε από τη πολυβάθμια κρουστική γεννήτρια του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της οποίας αναλύονται στο τρίτο κεφάλαιο. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι να καθορίσει την επίδραση διαφόρων παραγόντων στην πιθανότητα μία κρούση να προκαλέσει ηλεκτρική διάσπαση στο μονωτικό έλαιο, καθώς και να μελετήσει την επίδραση των παραγόντων αυτών στα χαρακτηριστικά της διάσπασης, από τα οποία σημαντικότερη είναι η τιμή της τάσης διάσπασης. Τα δεδομένα που προέκυψαν από τη πειραματική διαδικασία αναλύθηκαν στατιστικά και εξάχθηκαν συγκεκριμένα συμπεράσματα όσον αφορά τη φύση της εξάρτησης της διηλεκτρικής αντοχής του μονωτικού ελαίου με τους διάφορους παράγοντες που μελετήθηκαν κατά τη διεξαγωγή του πειράματος. Συγκεκριμένα αναλύθηκε η ένταση και το εύρος της εξάρτησης εξωτερικών παραγόντων, όπως οι ατμοσφαιρικές συνθήκες και τα χαρακτηριστικά του διακένου στο οποίο εφαρμόσθηκε η τάση, αλλά και εσωτερικών όπως είναι η ποιότητα του χρησιμοποιηθέντος μονωτικού ελαίου, δηλαδή ο βαθμός καταπόνησης που το χαρακτηρίζει τη στιγμή που του ασκούμε κρουστική διέγερση. / In order to retain the potential difference between under high voltage conductible particles, insulation of high voltage equipment and facilities is necessary. A commonly used group of insulating materials are insulating liquids. Most popular among them are fossil oils, which are made of oil, because of their easy provision and relatively low cost. Insulating oils are used in transformers, oil disruptors, condensers, cables, transit insulators, and tool transformers. The current essay was developed within the general research topic of the study of dielectric liquids behavior under the influence of strain. Insulation in general is an important component of all high voltage systems and equipment, and through its resistance their proper operation is ensured. An insulation subjects a variety of strains that are caused by variable reasons. The main are caused by external overvoltage, which is caused due to lightning strike on electric power transition lines, internal overvoltage, which is caused by errors and manipulations that take place in the electric power transition field, and flashover overvoltage, caused during the disruption of other insulations among circuits of different voltages. Under the influence of strains an insulation can subject changes (permanent or transient) on various of its qualities. The correct design of an insulation requires a strong knowledge of the overvoltages expecting to take place. The form of hyper voltage that is examined in this essay is lightning impact voltage. As to the atmospheric hyper voltages (lightning), it has been set as test voltage the shock 1.2/50μs, because that was more or less the form in which the average rate of many recorded currents has concluded. The production of specific voltages took place at the multi stage impact generator of the High Voltage laboratory, whose function is described in Chapter III. The purpose of this essay is to examine the influence of a variety of factors in the probability of a shock to cause electric disruption in the insulating liquid, and to study the effect of these factors on the characteristics of the disruption. The data that the experimental process revealed were statistically analyzed and certain conclusion were extracted as regards the nature of the dependence between the dielectric endurance of the insulating oil and the diverse factors studied during the conduction of this experiment. More specifically the study of both external – such as the atmospheric conditions, and internal – such as the quality of the used insulating oil, were a major part of the current essay.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η πειραματική και η υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης της γωνίας εισόδου των πτερυγίων στη σπηλαίωση και την απόδοση μίας φυγοκεντρικής αντλίας. Στην εργασία αυτή πραγματοποιείται ο σχεδιασμός των πτερυγίων εφαρμόζοντας μία νέα μέθοδο, το σύνθετο διπλό κυκλικό τόξο(Double-Arc Synthetic Method - DASM), η οποία συνδυάζει δύο μεθόδους σχεδιασμού κατά Pfleiderer. Για την υλοποίηση της πειραματικής μελέτης, κατασκευάζονται τρία διαφορετικά στροφεία με γωνία εισόδου των πτερυγίων 9, 15 και 21 μοίρες, από κράμα αλουμινίου και από πλεξιγκλάς. Κατασκευάζεται πειραματική εγκατάσταση αντλίας και εξοπλίζεται με μεγάλης ακρίβειας όργανα μέτρησης. Διαφανή μέρη της πειραματικής εγκατάστασης επιτρέπουν την παρατήρηση της ροής και της σπηλαίωσης στο εξεταζόμενο στροφείο της αντλίας και με τη βοήθεια ενός στροβοσκόπιου φωτογραφίζεται η σπηλαίωση που αναπτύσσεται στα πτερύγια. Η πειραματική ανάλυση επικεντρώνεται στη μελέτη της μονοφασικής ροής και της σπηλαίωσης. Συγκεκριμένα, για την πειραματική μελέτη της μονοφασικής ροής, εξετάζεται η μεταβολή του μανομετρικού και του βαθμού απόδοσης της αντλίας συναρτήσει της παροχής της. Επιπλέον, μελετάται η μεταβολή του μανομετρικού και του βαθμού απόδοσης της αντλίας συναρτήσει της γωνίας εισόδου των πτερυγίων, για τρεις διαφορετικές εξεταζόμενες παροχές. Εξετάζεται η απόκλιση των πειραματικών αποτελεσμάτων του μανομετρικού από τα αντίστοιχα αποτελέσματα που προκύπτουν από το νόμο ομοιότητας. Τέλος, υπολογίζεται η αβεβαιότητα των μετρήσεων και συγκεκριμένα του μανομετρικού και του βαθμού απόδοσης της αντλίας. Μελετώντας πειραματικά τη σπηλαίωση, επικεντρωνόμαστε στη μεταβολή του μανομετρικού και του βαθμού απόδοσης της αντλίας συναρτήσει του διαθέσιμου καθαρού θετικού ύψους αναρρόφησης, για διάφορες παροχές της αντλίας. Μελετάται η μεταβολή του μανομετρικού και του βαθμού απόδοσης της αντλίας συναρτήσει της γωνίας εισόδου των πτερυγίων, για τρεις διαφορετικές τιμές του διαθέσιμου καθαρού θετικού ύψους αναρρόφησης. Στη συνέχεια εξετάζεται το ποσοστό πτώσης του μανομετρικού τη στιγμή που ξεκινάει η σπηλαίωση, αλλά και το μέγιστο ποσοστό πτώσης του, για τη μεγαλύτερη εξεταζόμενη παροχή. Εξετάζεται η μεταβολή του απαιτούμενου καθαρού θετικού ύψους αναρρόφησης και του κρίσιμου αριθμού σπηλαίωσης συναρτήσει της παροχής της αντλίας, για τις τρεις γωνίες εισόδου των πτερυγίων. Τέλος, υπολογίζεται η αβεβαιότητα των μετρήσεων και συγκεκριμένα του μανομετρικού, του διαθέσιμου καθαρού θετικού ύψους αναρρόφησης και του βαθμού απόδοσης της αντλίας. Επιπλέον, στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιείται υπολογιστική ανάλυση τρισδιάστατων μοντέλων φυγοκεντρικής αντλίας με δομημένο πλέγμα, χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό πακέτο ANSYS CFD-Fluent, για τη μελέτη της μονοφασικής ροής και της σπηλαίωσης των εξεταζόμενων στροφείων της αντλίας. Η υπολογιστική μελέτη της μονοφασικής ροής για τα τρία διαφορετικά εξεταζόμενα στροφεία της φυγοκεντρικής αντλίας επικεντρώνεται στη μεταβολή του μανομετρικού της αντλίας συναρτήσει της παροχής της και εξετάζεται η απόκλιση των υπολογιστικών αποτελεσμάτων του μανομετρικού από τα αντίστοιχα αποτελέσματα που προκύπτουν από τα πειράματα. Μελετάται η κατανομή της απόλυτης πίεσης στο μέσο επίπεδο των εξεταζόμενων στροφείων της αντλίας και η αδιάστατη κατανομή της απόλυτης πίεσης γύρω από το μέσο επίπεδο των στροφείων, για τη μέγιστη εξεταζόμενη παροχή. Η υπολογιστική μελέτη της σπηλαίωσης επικεντρώνεται, κυρίως, στη μεταβολή του μανομετρικού της αντλίας συναρτήσει του διαθέσιμου καθαρού θετικού ύψους αναρρόφησης και εξετάζεται η απόκλιση των υπολογιστικών αποτελεσμάτων του μανομετρικού από τα αντίστοιχα αποτελέσματα που προκύπτουν από τα πειράματα. Εξετάζεται η κατανομή της απόλυτης πίεσης στο μέσο επίπεδο των εξεταζόμενων στροφείων της αντλίας και η αδιάστατη κατανομή της απόλυτης πίεσης γύρω από το μέσο επίπεδο των στροφείων, για τη μέγιστη εξεταζόμενη παροχή. Τέλος, παρουσιάζονται οι κατανομές της σπηλαίωσης, που προκύπτουν από τα υπολογιστικά αποτελέσματα και συγκρίνονται με τις αντίστοιχες φωτογραφίες με σπηλαίωση που ελήφθησαν με τη βοήθεια του στροβοσκόπιου κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, για τις τρεις γωνίες εισόδου των πτερυγίων. Από τα αποτελέσματα της πειραματικής και της υπολογιστικής διερεύνησης παρατηρούμε ότι η απόκλιση των υπολογιστικών αποτελεσμάτων από τα αντίστοιχα πειραματικά είναι πολύ μικρή. Επομένως, η υπολογιστική ανάλυση που αναπτύσσεται στην παρούσα εργασία αποτελεί ένα αξιόπιστο εργαλείο διερεύνησης των ροϊκών μεγεθών και της σπηλαίωσης σε φυγοκεντρικές αντλίες και αποσκοπεί σε μελλοντικές μελέτες, όπως την παραμετρική διερεύνηση και τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού μίας αντλίας. / Object of the present doctoral thesis constitutes the experimental and computational study of the effect of the blade leading edge angle to the cavitation and performance of a centrifugal pump. In this study, the blade design is realized, applying a new blade design method (Double-Arc Synthetic Method - DASM), that combines two Pfleiderer' s design methods. For the realization of the experimental study, three different centrifugal pump impellers, with blade leading edge angle of 9, 15 and 21 deg, are constructed by aluminium alloy and plexiglas. A pump test rig is constructed and equipped with high accuracy instrumentation. Transparent parts of the pump test rig allow the observation of fluid flow inside the examined impeller and the photography of the cavitation that is developed in the blades, using a stroboscope. The experimental analysis is focused on the study of the one-phase flow and cavitation. Concretely, for the experimental study of the one-phase flow, the change of the total head and performance of the pump with respect to the flow rate is examined. Moreover, the change of the total head and performance of the pump with respect to the blade leading edge angle is studied, for three different flow rates. The deviation of the experimental results of the total head from the corresponding results of the affinity law is investigated. Lastly, the uncertainty of the measurements and concretely of the total head and performance of the pump is calculated. Studying experimentally the cavitation, we focus on the change of the total head and performance of the pump with respect to the net positive suction head available, for different flow rates. The change of the total head and performance of the pump with respect to the blade leading edge angle, for three different values of the net positive suction head available is tested. Afterwards, the percentage of the total head drop is examined, when cavitation begins. Moreover, the maximum percentage of the total head drop is studied for the greatest tested flow rate. The change of the net positive suction head required and the crucial cavitation number with respect to the flow rate is studied, for three different blade leading edge angles. Lastly, the uncertainty of the measurements and concretely of the total head, the net positive suction head available and the performance of the pump is calculated. Furthermore, in the present doctoral thesis the computational analysis of three-dimensional centrifugal pump with structured mesh is realized using the computational package ANSYS CFD-Fluent, for the study of both the one-phase flow and the cavitation, of the tested centrifugal pump impellers. The computational study of the one-phase flow for the three different examined centrifugal pump impellers, is focused on the change of the total head with respect to the flow rate. Furthermore, the deviation of the computational results of the total head from the corresponding results of the experimental study is investigated. The absolute pressure distribution inside the tested centrifugal pump impellers at the middle span and the dimensionless pressure distribution around the impellers, at the middle span, are investigated for the greatest flow rate. The computational study of the cavitation, is mainly focused on the change of the total head with respect to the net positive suction head available. Moreover, the deviation of the computational results of the total head from the corresponding results of the experimental study is investigated. The absolute pressure distribution inside the tested centrifugal pump impellers at the middle span and the dimensionless pressure distribution around the impellers, at the middle span, are investigated for the greatest flow rate. Lastly, the vapour distributions are resulted by the computational analysis and are compared with the corresponding photographs of cavitation that were snapped with the aid of the stroboscope, during the experiments, for the three blade leading edge angles. From the experimental and computational results, we observe that the deviation of the computational results from the corresponding experimental results is very small. Thus, the computational analysis that is developed in the present work constitutes a reliable tool of the investigation of the flowfield and cavitation in centrifugal pumps and it aims at future studies, such as parametric investigation and optimization of pump design.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η πειραματική και υπολογιστική διερεύνηση αεροδυναμικής συμπεριφοράς πτερύγων σε διφασική ροή αέρα–νερού και η εφαρμογή σε πτερύγια ανεμοκινητήρων. Αρχικά, γίνεται πειραματική και υπολογιστική μελέτη μονοφασικής ροής αέρα γύρω από αεροτομές, πτέρυγες και πτερύγιο ανεμοκινητήρα και στη συνέχεια μελέτη διφασικής ροής αέρα-νερού γύρω από τα ίδια σώματα. Η σύγκριση μεταξύ των αποτελεσμάτων της μονοφασικής ροής με τα αντίστοιχα της διφασικής ροής αέρα-νερού είναι αναγκαία ώστε να μελετηθούν οι επιπτώσεις της διφασικής ροής αέρα–νερού στην αεροδυναμική απόδοση. Η πειραματική ανάλυση αφορά τη διεξαγωγή πειραμάτων για τη μελέτη της αεροδυναμικής συμπεριφοράς αεροτομών και πτερύγων σε συνθήκες μονοφασικής και διφασικής ροής. Για την προσομοίωση συνθηκών διφασικής ροής αέρα-νερού τροποποιείται η αεροσήραγγα που διαθέτει ήδη το Εργαστήριο με την προσαρμογή ειδικών ακροφυσίων ψεκασμού νερού (συνθήκες βροχής). Για τις ανάγκες των πειραμάτων χρησιμοποιούνται τα μοντέλα αεροτομών και πτερύγων NACA 0012 που συνοδεύουν την αεροσήραγγα και κατασκευάζονται αεροτομή και πτέρυγες S809. Τα πειράματα μονοφασικής και διφασικής ροής γίνονται για την ίδια ταχύτητα αέρα. Για τη διφασική ροή αέρα-νερού εξετάστηκαν τέσσερις διαφορετικές πυκνότητες περιεχόμενης βροχής. Η υπολογιστική ανάλυση γίνεται με το υπολογιστικό πακέτο ANSYS CFD-Fluent. Αρχικά, γίνονται προσομοιώσεις για μονοφασική ροή αέρα γύρω από την αεροτομή NACA 0012, για την οποία υπάρχει πλήθος δημοσιευμένων αποτελεσμάτων, με τρία διαφορετικά μοντέλα τύρβης ώστε να βρεθεί το καταλληλότερο. Ο συντελεστής άνωσης υπολογίζεται με μεγάλη ακρίβεια, σε αντίθεση με το συντελεστή αντίστασης. Το πρόβλημα αυτό οφείλεται στην αδυναμία του Fluent να υπολογίσει το σημείο μετάβασης του οριακού στρώματος από στρωτό σε τυρβώδες. Κρίνεται επομένως αναγκαίο να γίνει σύγκριση του συντελεστή αντίστασης με πειραματικά δεδομένα για πλήρως τυρβώδες οριακό στρώμα. Για ακόμα πιο ακριβή αποτελέσματα αναπτύσσεται αλγόριθμος για τον υπολογισμό του σημείου μετάβασης από στρωτό σε τυρβώδες οριακό στρώμα και γίνονται προσομοιώσεις ορίζοντας την περιοχή αριστερά από το σημείο μετάβασης ως στρωτή και δεξιά από αυτό ως τυρβώδη. Υπολογίζονται οι κατανομές πίεσης και ταχύτητας γύρω από την αεροτομή, καθώς επίσης και τα σημεία ανακοπής, μέγιστης ταχύτητας, αποκόλλησης και επανακόλλησης του οριακού στρώματος. Παρουσιάζονται επίσης οι ροϊκές γραμμές και τα διανύσματα της ταχύτητας γύρω από την αεροτομή. Αντίστοιχες προσομοιώσεις γίνονται και για την αεροτομή S809. Για τη μελέτη του τρισδιάστατου χαρακτήρα της ροής, γίνονται προσομοιώσεις γύρω από πτέρυγα S809. Υπολογίζονται οι συντελεστές άνωσης και αντίστασης, τα σημεία ανακοπής, μέγιστης ταχύτητας, αποκόλλησης και επανακόλλησης του οριακού στρώματος. Επίσης παρουσιάζονται κατανομές της έντασης της τύρβης στην άνω επιφάνεια της πτέρυγας και της συνισταμένης ταχύτητας, της ταχύτητας στη z-διεύθυνση, της έντασης της τύρβης και της επιτάχυνσης της ροής πίσω από την πτέρυγα. Για τη μελέτη της ροής γύρω από περιστρεφόμενο πτερύγιο γίνονται προσομοιώσεις γύρω από το πτερύγιο Phase IV της NREL. Γίνεται μελέτη της κατανομής της αξονικής ταχύτητας πίσω από το δρομέα, της κατανομής της στατικής πίεσης και της έντασης της τύρβης πάνω στην επιφάνεια του πτερυγίου και της κατανομής της στατικής πίεσης σε διάφορα σημεία πάνω στο πτερύγιο. Η υπολογιστική μελέτη της διφασικής ροής αέρα-νερού γίνεται αρχικά για την αεροτομή NACA 0012 με πυκνότητα περιεχόμενης βροχής LWC=30 g/m³, επειδή υπάρχουν αντίστοιχα έγκυρα πειραματικά αποτελέσματα ώστε να γίνει σύγκριση για την εγκυρότητα της διαδικασίας της προσομοίωσης. Στη συνέχεια γίνονται προσομοιώσεις για διφασική ροή αέρα-νερού γύρω από την αεροτομή S809, την πτέρυγα S809 και το περιστρεφόμενο πτερύγιο Phase IV της NREL. Προσομοιώσεις γίνονται επίσης για διαφορετικές πυκνότητες περιεχόμενης βροχής για τη ροή γύρω από τις αεροτομές σε χαμηλό αριθμό Reynolds. Τα αποτελέσματα της διφασικής ροής αέρα-νερού συγκρίνονται με τα αντίστοιχα της μονοφασικής ροής ώστε να προκύψουν συμπεράσματα για τις επιπτώσεις της βροχής στην αεροδυναμική απόδοση. Γίνεται επίσης υπολογισμός του συντελεστή ισχύος του ανεμοκινητήρα σε συνθήκες μονοφασικής ροής αέρα και διφασικής ροής αέρα-νερού. Σε συνθήκες διφασικής ροής αέρα-νερού παρατηρείται υποβάθμιση της αεροδυναμικής απόδοσης, συγκεκριμένα μείωση της άνωσης με παράλληλη αύξηση της αντίστασης. Δυο είναι οι βασικοί μηχανισμοί που επικρατούν και έχουν ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση αυτή. Στην επιφάνεια της αεροτομής δημιουργείται ανομοιόμορφο φιλμ νερού που αυξάνει την τραχύτητα και το πάχος της αεροτομής. Τα σταγονίδια καθώς προσκρούουν πάνω στο φιλμ νερού δημιουργούν «κρατήρες» αυξάνοντας την τραχύτητα της αεροτομής. Επίσης, τα σωματίδια νερού διασπώνται κατά την πρόσκρουσή τους πάνω στην αεροτομή σε άλλα σταγονίδια μικρότερης διαμέτρου και μειωμένης ταχύτητας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα σταγονίδια αυτά, επαναεπιταχυνόμενα από τη ροή του αέρα να αποσπούν ποσό ενέργειας από το οριακό στρώμα καθιστώντας το πιο ευάλωτο σε αποκόλληση. Στόχος της μελέτης της αεροδυναμικής συμπεριφοράς των πτερυγίων σε διφασική ροή αέρα-νερού είναι η κατασκευή ανεμοκινητήρων υψηλού βαθμού απόδοσης και η παραγωγή φθηνής ενέργειας από την όσο το δυνατόν καλύτερη αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας. / The aim of the present doctoral thesis is the experimental and computational study of the aerodynamic behavior of wings in two-phase flow and the application on wind turbine blades. First of all, experimental and computational study of one-phase flow over airfoils, wings and wind turbine blade and afterwards study of two-phase flow over the same bodies is conducted. The comparison of the results between dry and wet conditions is necessary in order to show the effects of two-phase flow at the aerodynamic performance. Wind tunnel tests were conducted to show the aerodynamic behavior of airfoils and wings in one-phase and two-phase flows. To simulate two-phase flow, the wind tunnel of the Fluid Mechanics Laboratory has to be configured with adding commercial rain simulated nozzles. For the experiments NACA 0012 airfoils and wings which come along the wind turbine are utilized and airfoil and wings S809 are constructed. The experiments of one-phase flow and two-phase flow are conducted for the same air velocity. For the two-phase flow four different Liquid Water Contents are examined. For the computational analysis the commercial CFD code ANSYS Fluent is used. In first place, simulations of one-phase flow over the NACA 0012 airfoil are done with three different turbulence models. The NACA0012 airfoil is chosen because it has been studied in depth and has a precise data base to compare the results of the simulation with. The lift coefficients are computed with accuracy in contrast to the drag coefficient. The overprediction of drag is expected since the actual airfoil has laminar flow over the forward half. The turbulence models cannot calculate the transition point from laminar to turbulent and consider that the boundary layer is turbulent throughout its length. Therefore, it is necessary to compare the computational results with experimental data of a fully turbulent boundary layer. In order to get more accurate results, the computational domain could be split into two different domains to run mixed laminar and turbulent flow. The contours of pressure and velocity over the airfoil are presented, as well as stagnation, maximum velocity, detachment and reattachment points of the boundary layer are computed. Streamlines and velocity vectors over the airfoil are also presented. Similar simulations are conducted for the S809 airfoil. In order to study the tree-dimensional effects of the flow, simulations over the S809 wing are made. Lift and drag coefficients, stagnation, maximum velocity, detachment and reattachment points of the boundary layer are computed. Moreover, contours of turbulent intensity on the upper surface of the wing and velocity, z-velocity, turbulence intensity and helicity behind the wing are presented. Simulations over the Phase IV blade of NREL are also conducted. The axial velocity behind the rotor, the static pressure and the turbulence intensity contribution on the blade’s surface and the static pressure contours at several blade cross-sections are studied. First of all, the computational study of the two-phase flow over a NACA 0012 airfoil and Liquid Water Content LWC=30 g/m3 is conducted, because there are published experimental data for comparison, in order to validate the CFD developed model. After that, simulations of two-phase flow over the S809 airfoil, S809 wing and Phase IV blade are made. In addition, computational study of the effects of different Liquid Water Content on the aerodynamic performance of NACA 0012 and S809 airfoil at low Reynolds number is made. The results from two-phase flow are compared with the corresponding results from one-phase flow in order to show the effects of two-phase flow at the aerodynamic performance. The influence of two-phase flow on the power coefficient of a wind turbine is also investigated. The results show that the aerodynamic performance degrades when encountering rain, especially lift is degreased and drag is increased. The aerodynamic degradation is caused by the water film formation on the airfoil’s surface and the cratering effects from the raindrops impact. The presence of uneven water film on the airfoil surface roughens the airfoil surface and increases the airfoil thickness. The cratering effects from the water droplets impact on the water film layer increase also the airfoil thickness. Moreover, the droplets splash-back when they impact the airfoil and as a result droplets with smaller diameter and velocity are formed. The acceleration of the splashed-back droplets by the air flowfield acts as a momentum sink, deenergizing the boundary layer and leaving it more susceptible to separation. The aim of the study of the aerodynamic behavior of blades in two-phase flow is the construction of wind turbines with greater efficiency and the production of energy from wind with low cost.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη καταστάσεων ανταγωνισμού μεταξύ χρηστών, για τη χρησιμοποίηση ενός συνόλου κοινόχρηστων πόρων. Για την μοντελοποίηση και ανάλυση των καταστάσεων αυτών χρησιμοποιούμε ως εργαλεία, έννοιες από την θεωρία παιγνίων, όπως ισορροπίες Nash, παίγνια συμφόρησης και μηχανισμοί συντονισμού. Ο κάθε κοινόχρηστος πόρος χρεώνει κάποιο κόστος στους χρήστες που τον χρησιμοποιούν. Θεωρούμε ότι οι χρήστες των κοινόχρηστων πόρων είναι εγωιστικοί, δηλαδή μοναδική τους επιδίωξη είναι η μεγιστοποίηση της προσωπικής τους ωφέλειας. Μια ισορροπία Nash είναι μια κατάσταση όπου κανένας χρήστης δεν μπορεί να αυξήσει το εγωιστικό του όφελος αν αλλάξει μονομερώς την στρατηγική του. Πιο συγκεκριμένα ασχολούμαστε με το KP-μοντέλο γνωστό και ως μοντέλο παράλληλων ακμών και ιδιαίτερα με μεθόδους σύγκλισης σε αγνές ισορροπίες Nash, όπου δηλαδή οι στρατηγικές (ακμές) των χρηστών είναι ντετερμινιστικές. Γενικά, ένα παίγνιο (σύστημα) δεν έχει πάντα μια αγνή ισορροπία Nash. Ωστόσο, εμείς θα μελετήσουμε περιπτώσεις που εγγυημένα έχουν τουλάχιστον μια αγνή ισορροπία Nash. Ονομάζουμε πολιτική χρέωσης των ακμών τον τρόπο με τον οποίο υπολογίζεται το κόστος του κάθε χρήστη όταν χρησιμοποιεί μια ακμή. Μια μέθοδος σύγκλισης σε μια αγνή ισορροπία Nash, είναι να επιτραπεί στους χρήστες να αλλάζουν εγωιστικά τις στρατηγικές τους μέχρι να καταλήξουν σε μια αγνή ισορροπία Nash. Ενδιαφερόμαστε για την ταχύτητα σύγκλισης σε μια αγνή ισορροπία Nash, δηλαδή το πλήθος των εγωιστικών αλλαγών στρατηγικών μέχρι να καταλήξουμε σε ισορροπία. Αρχικά, χρησιμοποιείται η πολιτική χρέωσης συνολικού φορτίου (Makespan), όπου κάθε ακμή χρεώνει το συνολικό της φορτίο σε κάθε χρήστη που την χρησιμοποιεί. Στην πιο απλή περίπτωση, η όλη διαδικασία χωρίζεται σε βήματα. Σε κάθε βήμα επιλέγεται, από το σύνολο των χρηστών που έχουν όφελος να αλλάξουν στρατηγική, ένας χρήστης ο οποίος αλλάζει στρατηγική. Η επιλογή γίνεται με βάση κάποιον αλγόριθμο προτεραιότητας. Για το μοντέλο αυτό, που ονομάζεται ESS-μοντέλο, η ταχύτητα σύγκλισης είναι στη χειρότερη περίπτωση εκθετική στο πλήθος των χρηστών. Παρουσιάζουμε την επίδραση των αλγορίθμων προτεραιότητας στην ταχύτητα σύγκλισης καθώς και αποτελέσματα για τρεις διαφορετικές κατηγορίες ακμών. Μια άλλη προσέγγιση, με εφαρμογή στα κατανεμημένα συστήματα, είναι η παράλληλη αλλαγή στρατηγικών από τους χρήστες (rerouting), όπου περισσότεροι από έναν χρήστες μπορούν να αλλάξουν ταυτόχρονα τη στρατηγική τους. Το μοντέλο αυτό υπερτερεί του ESS στην ταχύτητα σύγκλισης καθώς και στο πλήθος των πραγματικών καταστάσεων που μοντελοποιεί. Στη γενικότερη περίπτωση, όπου οι χρήστες επιτρέπεται να συνάπτουν συνασπισμούς (coalitions) μεταξύ τους, χρησιμοποιούμε έννοιες από τη συνεργατική θεωρία παιγνίων. Οπότε έχουμε να αντιμετωπίσουμε ομάδες χρηστών που αλλάζουν εγωιστικά τις ομαδικές στρατηγικές τους. Παρουσιάζουμε ένα ψευδοπολυωνυμικό φράγμα στην ταχύτητα σύγκλισης για μια ειδική περίπτωση όπου οι ακμές είναι πανομοιότυπες και επιτρέπονται συνασπισμοί πλήθους το πολύ δύο χρηστών. Ένας άλλος τρόπος σύγκλισης σε μια αγνή ισορροπία Nash είναι η κατασκευή ενός αλγορίθμου που αναθέτει στρατηγικές στους χρήστες, όχι απαραίτητα με βάση τα εγωιστικά κριτήρια του καθενός, χωρίς να αυξάνει το κοινωνικό κόστος. Με τον όρο κοινωνικό κόστος αναφερόμαστε σε μια συνολική μετρική της απόδοσης του συστήματος σε συνάρτηση με τις στρατηγικές των χρηστών του συστήματος. Ο αλγόριθμος Nashify που παρουσιάζουμε, συγκλίνει σε μια αγνή ισορροπία Nash σε πολυωνυμικό πλήθος βημάτων, χωρίς να αυξάνει το κοινωνικό κόστος. Στη συνέχεια, εισάγουμε την έννοια των μηχανισμών συντονισμού. Οι μηχανισμοί συντονισμού είναι ένα σύνολο πολιτικών χρέωσης για τις ακμές, που έχουν ως στόχο την παροχή κινήτρων στους εγωιστικούς χρήστες έτσι ώστε οι εγωιστικές αλλαγές των στρατηγικών τους να συγκλίνουν σε αγνές ισορροπίες Nash με μειωμένο κοινωνικό κόστος. Στην παρούσα εργασία, μελετάμε την επίδραση των μηχανισμών συντονισμού στην ταχύτητα σύγκλισης των εγωιστικών χρηστών σε μια ισορροπία Nash. Εξετάζουμε εκτός από την πολιτική χρέωσης συνολικού φορτίου (makespan) και κάποιες διαφορετικές πολιτικές χρέωσης (SJF, LJF, FIFO) και μελετάμε την επίδραση των αλγορίθμων προτεραιότητας στην ταχύτητα σύγκλισης τους. Παρουσιάζουμε και αποδεικνύουμε φράγματα στην ταχύτητα σύγκλισης για τις SJF και LJF πολιτικές που χρεώνουν τους χρήστες με βάση το μέγεθος των βαρών τους. Τέλος αποδεικνύουμε για την πολιτική χρέωσης FIFO, ένα γραμμικό άνω φράγμα στην ταχύτητα σύγκλισης για την ειδική περίπτωση των πανομοιότυπων ακμών και ένα ψευδοπολυωνυμικό άνω φράγμα για την γενική περίπτωση των ακμών. Τελικά, αξιολογούμε πειραματικά την επίδραση των αλγορίθμων προτεραιότητας στις πολιτικές χρέωσης στο ESS μοντέλo με πανομοιότυπες ακμές. Ουσιαστικά, συγκρίνουμε τις πολιτικές χρέωσης συνολικού φορτίου, SJF, LJF και FIFO καθώς και το συνεργατικό με το μη συνεργατικό μοντέλο σχετικά με τη ταχύτητα σύγκλισης τους. Παρατηρούμε ότι για την συνολικού φορτίου, SJF, LJF και FIFO πολιτική χρέωσης τα πειραματικά αποτελέσματα επαληθεύουν τα θεωρητικά φράγματα. Δηλαδή η FIFO πολιτική παρουσιάζει ταχύτερη σύγκλιση από τις υπόλοιπες πολιτικές ανεξάρτητα του αλγόριθμου προτεραιότητας. Για την περίπτωση των συνασπισμών με πολιτική χρέωσης συνολικού φορτίου, παρατηρούμε ότι η ταχύτητα σύγκλισης είναι πολυωνυμική στο πλήθος των χρηστών ακόμα και στην χειρότερη επιλογή συνασπισμών. Το αποτέλεσμα αυτό υποδεικνύει ότι το ψευδοπολυωνυμικό θεωρητικό άνω φράγμα μπορεί να βελτιωθεί. / General goal of the current diploma thesis is the study of competitive situations among users of a set of global resources. In order to analyze and model these situations we use as tools, game theoretic elements, such as Nash equilibrium, congestion games and coordination mechanisms. Every global resource debit a cost value to its users. We assume that the users are selfish, that is their sole objective is the maximization of their personal benefit. An Nash equilibrium is a situation in which no user can increase his personal benefit by changing only his or her own strategy unilaterally. More specific, we are interested in the KP-model or parallel links model and we study convergence methods to pure Nash equilibrium, in which all the strategies a user can select are deterministic. Generally, a game has not always a pure Nash equilibrium. Although we are going to study cases in which there is always at least one Nash equilibrium. We define as cost policy of an edge the function which computes the cost of each user of this edge. A method of convergence in a pure Nash equilibrium is, starting from an initial configuration, to allow all users to selfishly change their strategies (one after the other) until they reach a pure Nash equilibrium. We are interested in the convergence time to pure Nash equilibrium, that is the number of these selfish moves. Firstly, we study the makespan cost policy, in which each edge debits its total load to everyone that use it. In the most simple case, the whole procedure is divided into several steps. At each step, the priority algorithm choose one user from the set of users that benefit by changing their current strategy. For this model, named ESS-model, the convergence time is at the worst case exponential to the number of users. We present the effect of several priority algorithms to the convergence time and results for the major different cases of edges (identical, related, unrelated). Another approach, with applications to distributed systems, is the concurrent change of strategies (rerouting) in which more than one users can change simultaneously their strategies. This model is more powerful than ESS because of its real life applications. Another model we study is that of coalitions, in which the users can contract alliances. This model comes from cooperative game theory. In this case we have to deal with groups of users changing selfishly their group strategies. We present a pseudo-polynomial bound to the convergence time in the identical machines model with coalitions of at most 2 users. Another model of convergence, a little different than the others stated above, is the construction of an algorithm that delegates strategies to the users unselfishly without increasing the social cost. Informally, social cost is a total metric of the system performance depending on the users strategies. This model is named nashification and the algorithm nashify that provides converge to a pure Nash equilibrium in polynomial number of steps without increasing the social cost. As far as the coordination mechanisms are concerned, they are a set of cost policies for the edges, that provides motives to the selfish users in order to converge to a pure Nash equilibrium with decreased social cost. In this thesis, we study the effect of coordination mechanisms in the convergence time. We examine, except from makespan, the sjf, ljf and fifo cost policies. Sjf and ljf policies debit the users concerning their weights. The thesis results are divided in two categories. On the one hand, we prove upper and lower bounds of convergence time for sjf, ljf and fifo policies. Especially for fifo we prove in identical machines case a tight linear bound which is independent from the priority algorithm and a pseudo-polynomial bound in unrelated machines case. On the other hand, we implement all the above mentioned models and analyze them experimentally. In our experiments there are 3 parameters: the priority algorithm, the cost policy, and the number of coalitions. In all cases the experimental results follows the theoretical with one exception which is the most interesting among the experiments. In the case of coalitions with at most 2 users the theoretical upper bound is pseudo-polynomial to the number of users but the experimental results shows that the convergence time is polynomial. These results force us to conjecture that there is a polynomial upper bound.

Από τα δεδομένα μιας ποιοτικής προσέγγισης του φαινομένου της εισαγωγής και πιθανής ενσωμάτωσης των Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνίας στο μάθημα της ιστορίας (σχολικό έτος 2009-2010) προκύπτει ότι η δευτεροβάθμια εκπαίδευση δεν ανταποκρίνεται στις τάσεις και προκλήσεις που σημειώθηκαν και σημειώνονται στο χώρο της παιδείας σε παγκόσμιο επίπεδο. Ανάγκες εκσυγχρονισμού και ευριζωνικότητας παραμένουν ανικανοποίητες. Έτσι, αναδεικνύονται παραδοσιακές μορφές συμβολικού ελέγχου που φαίνεται να κυριαρχούν στο σύγχρονο εκπαιδευτικό χώρο. Ακόμα και σημαντικές πρωτοβουλίες προώθησης της αλλαγής (net book) φαντάζουν στα μάτια των εκπαιδευτικών «αυθαίρετες» εκφράσεις εξουσίας χωρίς αποτέλεσμα. Όσοι εκπαιδευτικοί τόλμησαν την αλλαγή βίωσαν την ανάγκη ξεπαγώματος μιας ισχυρά δομημένης εκπαιδευτικής πρακτικής στο πλαίσιο ανέτοιμων εγκαταστάσεων και συνειδήσεων για την αποδοχή του εμβλήματος της εποχής. Συμπερασματικά λοιπόν, η παγίωση μιας εκπαιδευτικής καινοτομίας δεν εξασφαλίζει μαθησιακά αποτελέσματα με διχοτομήσεις του τύπου κλειστό/ανοικτό σχολείο αντίθετα απαιτείται συντονισμός και συλλογική δράση. / It can be elicited from the qualitative data that the quadric education doesn’t correspond to the tendencies and the challenges that take place in the field of education worldwide. The need for update remains unsatisfied. As a result traditional forms of symbolic control emerge and seem to dominate in the current educational area. Even important initiatives that promote change (net book) have been treated by the educators as arbitrary and ineffective expressions of authority. On the other hand some of those who presumed to launch this change they faced a deeply rooted educational practice underlined by the lack of facilities and the lack of consciousness which in turn discourage the need for change. Concluding, the consolidation of an educational novelty doesn’t provide learning outcomes with dichotomies such as open or close school but on the contrary coordination and collective action is needed.

Η αναγέννηση, με τον τρόπο που αυτή επιτελείται στο ήπαρ, δηλαδή με πολλαπλασιασμό των ώριμων κυττάρων όλων των κυτταρικών ομάδων του οργάνου, είναι μία μοναδική ιδιότητα. Πιθανώς η ιδιότητα αυτή να είναι γνωστή από αρχαιοτάτων χρόνων, όπως συμβολίζεται στον μύθο του Προμηθέα. Απόλυτα δικαιολογημένο, εκ τούτου, είναι το μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον απέναντι στη μοναδική αυτή διεργασία. Το συνηθέστερο μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της αναγέννησης είναι η χειρουργική ηπατεκτομή σε μικρά τρωκτικά (κατά κύριο λόγο στον επίμυ). Μετά τη διενέργεια της επέμβασης παρατηρείται συγχρονισμένη είσοδος των ηπατοκυττάρων –αρχικά- και των λοιπών κυτταρικών ομάδων -στη συνέχεια- στη φάση G1 του κυτταρικού κύκλου και σε προετοιμασία πολλαπλασιασμού. Στην πρώτη αυτή φάση τα ηπατοκύτταρα γίνονται δεκτικά στη δράση μίας πλειάδας αυξητικών παραγόντων. Αυτή είναι η εναρκτήρια φάση της αναγέννησης (priming phase). Ακολουθεί η φάση πολλαπλασιασμού ή μεταβολική φάση, όπου λόγω των μεγάλων ενεργειακών αναγκών των διαιρούμενων κυττάρων, επισυμβαίνουν χαρακτηριστικά μεταβολικά γεγονότα (παροδική υπογλυκαιμία, συστηματική λιπόλυση και παροδική ηπατοκυτταρική στεάτωση), για να καλύψουν τις ανάγκες αυτές. Στο διάστημα του πολλαπλασιασμού εμφανίζονται τα παρακρινικά και τα αυτοκρινικά σήματα μεταξύ των διαφορετικών κυτταρικών ομάδων του ήπατος. Στα τρωκτικά η φάση αυτή ολοκληρώνεται 4 ημέρες μετά την ηπατεκτομή και ακολουθεί η τρίτη και τελευταία φάση του τερματισμού της αναγέννησης. Τότε συμβαίνει η πολυπαραγοντική ρύθμιση της λήξης του πολλαπλασιασμού. Με εκπληκτική ακρίβεια ρυθμίζεται το βάρος του ήπατος σε συνάρτηση με τη συνολικό βάρος του ζώου, με χρήση και ενός κύματος απόπτωσης, ενώ ακολουθεί αποκατάσταση της φυσιολογικής σύστασης της εξωκυττάριας ουσίας και της ιστολογικής δομής του ηπατικού ιστού. Σε ένα αντικείμενο τόσο διεξοδικά μελετημένο, εντοπίστηκε ένα νέο πεδίο έρευνας που υιοθετήθηκε στην παρούσα διατριβή: ο πιθανός ρυθμιστικός ρόλος των microRNAs στην αναγέννηση του ήπατος. Τα microRNAs είναι μικρά μόρια μη κωδικοποιητικού RNA (μήκους 22 περίπου νουκλεοτιδίων), που ανακαλύφθηκαν σχετικά πρόσφατα. Ωστόσο, με γοργούς ρυθμούς αποκαλύπτεται ο μείζονος σημασίας ρυθμιστικός ρόλος τους στην έκφραση των γονιδίων και άρα στη ρύθμιση πολλαπλών κυτταρικών λειτουργιών. Κατά την έναρξη της παρούσας διατριβής υπήρχαν στοιχεία που ενέπλεκαν τα microRNAs στην αναγέννηση των πτερυγίων του είδους ψαριών zebrafish, τη αναγέννηση των σκωλήκων Planaria spp. και στην επούλωση του τραύματος. Διατυπώθηκε η υπόθεση ότι μπορεί να έχουν ρυθμιστικό ρόλο και στην ηπατική αναγέννηση και μεγάλο μέρος της μελέτης αφιερώθηκε στη διαλεύκανση του ρόλου αυτού. Πρώτο μέλημα των ερευνητών ήταν η βελτιστοποίηση και τυποποίηση της αναισθησιολογικής και εγχειρητικής διεργασίας, που για τον μυ δεν ήταν τόσο διαδεδομένες όσο ήταν για τον επίμυ, λόγω της δυσκολίας που παρουσιάζει η διενέργεια χειρουργικής επέμβασης σε ένα ζώο βάρους 20 γραμμαρίων. Έγιναν πολλαπλές τροποποιήσεις στις παλαιότερες τεχνικές, με αποτέλεσμα την τυποποίηση μίας διαδικασίας που εγγυάται την ταχύτατη διενέργεια της επέμβασης (12-15 λεπτά) με άριστη (95-100%) επιβίωση των πειραματόζωων. Με χρήση της προαναφερθείσας χειρουργικής μεθόδου διενεργήθηκε η πρώτη εγχειρητική πειραματική διαδικασία: Χρησιμοποιήθηκαν 56 πειραματόζωα, τα μισά εκ των οποίων υποβλήθηκαν σε 2/3 μερική ηπατεκτομή και τα υπόλοιπα μισά σε επέμβαση Sham. Λήφθηκαν τα δείγματα ηπατικού ιστού, στον χρόνο 0 και για τα χρονικά σημεία μετά αναγέννηση 1, 3, 6, 12, 24, 36, 48 ωρών, από 4 πειραματόζωα για κάθε χρονικό σημείο. Η πρώτη χρήση των δειγμάτων ιστού από το πρώτο πείραμα έγινε η επιβεβαίωση της συγκρισιμότητας των αποτελεσμάτων του νέου χειρουργικού μοντέλου με αυτά της διεθνούς βιβλιογραφίας. Έγινε ανοσοϊστοχημική χρώση για ανάδειξη της πρωτεΐνης Ki-67 και άρα της χρονικής αλληλουχίας του ρυθμού πολλαπλασιασμού των ηπατοκυττάρων. Αναδείχθηκε, όπως αναμενόταν, η 36η ώρα μετά την ηπατεκτομή ως το χρονικό σημείο που ο μέγιστος αριθμός ηπατοκυττάρων βρίσκεται σε φάση πολλαπλασιασμού στον μυ. Για περαιτέρω επιβεβαίωση του χειρουργικού μοντέλου, στη συνέχεια έγινε ημιποσοτική εκτίμηση της χρονικής εξέλιξης της παροδικής ηπατοκυτταρικής στεάτωσης μετά από χρώση αιματοξυλίνης-ηωσίνης. Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι η μέγιστη συσσώρευση λίπους ανευρίσκεται, όπως αναμενόταν, στα χρονικά σημεία 12 και 24 ωρών (+++). Η μελέτη, στη συνέχεια, στράφηκε στην κατεύθυνση αξιολόγησης του ρόλου των microRNAs. Για τον σκοπό αυτό ακολούθησε η δεύτερη εγχειρητική πειραματική διαδικασία. Χρησιμοποιήθηκαν 20 πειραματόζωα εκ των οποίων τα μισά υποβλήθηκαν σε 2/3 μερική ηπατεκτομή ενώ τα υπόλοιπα σε επέμβαση Sham. Μετά από αναγέννηση 12 ωρών λήφθηκαν οι ηπατικοί ιστοί για μελέτη του προφίλ έκφρασης των microRNAs. Η επιλογή των 12 ωρών έγινε ως ένα χρονικό σημείο κατά τη φάση έναρξης της αναγέννησης, αλλά όχι στα πολύ αρχικά της στάδια, με γνώμονα την αναζήτηση του τυχόν ρυθμιστικού ρόλου των microRNAs. Το προφίλ έκφρασης των microRNAs μελετήθηκε με τη μέθοδο των μικροσυστοιχιών. Ελέγχθηκαν τα 598 microRNAs που ήταν γνωστά κατά τον καιρό της μελέτης. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι εμφανίζεται διαφορική έκφραση σε 8 microRNAs κατά την αναγέννηση. Αναλυτικότερα, τα mmu-miR-21 και mmu-miR-30b εμφάνισαν μεγαλύτερη έκφραση, ενώ τα υπόλοιπα 6 miRNAs (mmu-miR-34c, mmu-miR-144, mmu-miR-207, mmu-miR-451, mmu-miR-582-3p, mmu-miR-290-5p) εμφάνισαν μικρότερη έκφραση κατά την αναγέννηση. Τα δείγματα ιστών του δεύτερου πειράματος χρησιμοποιήθηκαν εκ νέου για επιβεβαίωση των ανωτέρω αποτελεσμάτων με τη μέθοδο RT-qPCR. Η qPCR επιβεβαίωσε το προφίλ έκφρασης των διαφορικά εκφρασμένων miRs, όπως είχαν δείξει τα δεδομένα από τα microarrays. Προέκυψε επίσης ότι το πιο σημαντικά διαφοροποιημένο mmu-miR μεταξύ αυτών που μελετήθηκαν, ήταν το mmu-miR-21. Για να συνδεθούν τα διαφοροποιημένα microRNAs με τις κυτταρικές λειτουργίες στις οποίες εμπλέκονται και πιθανώς ρυθμίζουν, εκτελέστηκε Gene Ontology ανάλυση με τη βοήθεια του TergetScan. Προέκυψε πλειάδα δυνητικών στόχων για τα εν λόγω microRNAs, με σαφή σχέση των γονιδίων-στόχων με τη διεργασία του κυτταρικού πολλαπλασιασμού. Από τα ως τότε αποτελέσματα, τράβηξε την προσοχή η μεγάλη μεταβολή στην έκφραση του mmu-miR-21. Αυτό, σε συνδυασμό με την γνωστή από άλλες μελέτες, εμπλοκή του mmu-miR-21 στο αναπαραγωγικό δυναμικό καρκινικών κυττάρων, αποφασίστηκε να αναζητηθεί η χρονική αλληλουχία έκφρασής του, με χρήση των δειγμάτων ηπατικού ιστού από το πρώτο πείραμα. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της RT-qPCR, που ανέδειξε σαφή υπεροχή της έκφρασης του mmu-miR-21 στις 12 ώρες μετά από τη μερική ηπατεκτομή με διατήρηση σχετικά υψηλής συγκέντρωσης ως και τις 24 ώρες. Ακολούθησε επιτυχής επιβεβαίωση του ανωτέρω αποτελέσματος με τη χρήση της μεθόδου του in situ υβριδισμού. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη πέτυχε να υποδείξει μία πολύ αποτελεσματική μέθοδο 2/3 ηπατεκτομής στον μυ. Το χειρουργικό αυτό μοντέλο αποδείχθηκε ότι έχει πλήρως συγκρίσιμα αποτελέσματα με αυτά της διεθνούς βιβλιογραφίας. Στη συνέχεια επιβεβαιώθηκε η υπόθεση διαφορικής έκφρασης των microRNAs κατά τη διαδικασία της αναγέννησης. Το γεγονός αυτό, υπονοεί ότι ίσως να εμπλέκονται με κάποιο ρυθμιστικό ρόλο στη διαδικασία αυτή. Το mmu-miR-21 αναδεικνύεται ως το μάλλον σημαντικότερο από αυτά. Τα δεδομένα από την παρούσα μελέτη συμπληρώνουν τις έως τώρα γνώσεις για το φαινόμενο της ηπατικής αναγέννησης, αλλά και ανοίγουν δρόμους για νέο προσανατολισμό στην έρευνα, όπως την παραπέρα διαλεύκανση του τρόπου δράσης αυτών των microRNAs που εντοπίστηκαν ή τον τυχόν ρόλο τους και στις φάσεις πολλαπλασιασμού ή τερματισμού της αναγέννησης. / Liver regeneration is a unique ability, because of the way it proceeds, i.e. the proliferation of all categories of all mature liver cell types. It is highly possible that this ability is known to human kind since the ancient times, as pictured in Prometheus’ myth. The great scientific interest towards deciphering this complex process is, of course, highly justified. The most common model for the study of the process of regeneration is the surgical model of the 2/3 partial hepatectomy (PHx) in small rodents, predominantly the rat. 2/3 partial hepatectomy leads to a highly synchronized hepatocyte cell-cycle entry and progres¬sion. The first phase, known as the ‘priming phase’, occurs in the first hours after PH and poises the hepatocytes to enter the G1 phase and to become receptive to growth factors. The second phase corresponds to an increased metabolic demand imposed on the remnant liver. During this phase, among other metabolic changes, transient hypoglycemia is suggested to induce systemic lipolysis followed by a lipid droplets accumulation in the hepa¬tocytes. During this phase, am major role is played by the autocrine intercellular network. In rodents, this phase is completed in 4 days post-PHx and is followed by the termination phase. Ending the regenerative process is an equally complex, multiparameter process. The weight of the liver is regulated proportionally to the animal’s body weight with remarkable accuracy, sometimes employing an apoptotic wave. The termination phase of the regenerative process ends with normal hepatic histological structure restoration and matrix remodeling. Liver regeneration is a phenomenon that has been thoroughly studied in the past. Nevertheless, a point of emerging research interest has been adopted in the present study: the possible regulatory role of microRNAs in liver regeneration. MicroRNAs are small non-coding RNA molecules (approx. 22 nts long), which have been discovered quite recently but through research they are quickly emerging as cornerstone regulatory means in a large number of cellular functions. In the beginning of this study, data existed implicating microRNAs in the regeneration of zebrafish fins, regeneration in planarian worms and wound healing. The hypothesis that they may have a role in liver regeneration was made and a large part of this study is concerned with investigating the existence of such a role. The researchers began with revising and standardizing the method for anesthesia and surgical procedure, which, at the time (2007), were not satisfactory enough in the case of mice (as opposed to the widely used rats), possibly because of the difficulty of operating on a 20 gram animal. Many alterations were made upon the previous techniques. As a result, a procedure was standardized, as described herein, that guarantees a fast procedure (12-15 minutes) accompanied by excellent animal survival (95-100%). Using the above described technique, the first surgical experiment in this study was conducted: 56 animals (wild-type mice) were used, half of which were subjected to 2/3 PHx and the other half were sham operated. Liver samples were collected at time 0 and at several time points during regeneration (1, 3, 6, 12, 24, 36, 48 hours), with a number of 4 animals per time point. These samples were used in order to confirm the comparability of the new surgical technique to bibliography models. An immunohistochemical dye for the protein Ki-67 was performed, thus revealing the number of hepatic cells undergoing proliferation at each time point. The 36th hour post-PHx emerged as the point of climax of the proliferative process in the mouse, as expected by previous studies. For further confirmation, the same samples were used to produce simple histological H-E slides, in order to evaluate the evolvement of lipid droplet accumulation in hepatic cells associated with liver regeneration. A semi-quantitative evaluation was conducted, that revealed that maximum lipid accumulation occurs at the time points of 12 and 24 hours (+++) in mouse, again as expected by previous studies. Then the study proceeded with investigating the potential role of microRNAs in liver regeneration. For this, a second surgical experiment was conducted: This time 20 animals (wild-type mice) were used, half of which were subjected to 2/3 PHx and the other half were sham operated. After regenerating for 12 hours, liver samples were harvested from all animals. The choice of the 12-hour interval was made as a time point at the beginning phase of liver regeneration, but not at the very early beginning, with a view to reveal the possible regulatory role of microRNAs at the first stage of the regenerative process. MicroRNA profiling was conducted using specific microarrays, examining the presence of the 598 microRNAs known at the time of this procedure. The results pointed out 8 differentially expressed microRNAs during regeneration: 2 that were up-regulated (-miR-21 and mmu-miR-30b) and 6 that were down-regulated (mmu-miR-34c, mmu-miR-144, mmu-miR-207, mmu-miR-451, mmu-miR-582-3p, mmu-miR-290-5p). Tissue samples from the second experiment were used again in order to confirm the aforementioned results utilizing the RT-qPCR method. This indeed confirmed the microarrays’ results and highlighted mmu-miR-21 as the most differentially expressed miR, indicating a possibly major regulatory role in liver regeneration. In order to link these differentially expressed microRNAs to their cellular and molecular functions, Gene Ontology Analysis was conducted, using TargetScan. Many putative gene-targets for each microRNA emerged, many of which are involved in the process of cellular proliferation. Following the emergence of the major differentiation of mmu-miR-21 within the results of qPCR evaluation and with previous research linking it with cancer cell proliferation regulation, it was decided to further assess the time kinetics of the expression of mmu-miR-21, utilizing tissue samples from the first experiment. Through an RT-qPCR evaluation, it was shown that up-regulation of mmu-miR-21 reaches its zenith at 12 hours post-PHx and remains quite highly expressed until 24 hours. This was further confirmed by in situ hybridization. In conclusion, we were able to standardize a very successful version of the 2/3 hepatectomy procedure adapted for mice. Using this model, the hypothesis of the altered expression of microRNAs during liver regeneration is confirmed, setting suspicion about some kind of regulatory role. Mmu-miR-21 emerges as the most differentially expressed one and possibly having the most important role. The data from the present study supplement preexisting knowledge on the phenomenon of liver regeneration, but also show the way for future research in further clarifying the paths leading to microRNAs’ regulatory role or investigating their potential role in the phases of proliferation or termination of liver regeneration.

Η παρούσα διατριβή είναι μία αρχαιομετρική μελέτη η οποία εστιάζεται στα ρωμαϊκά, ελληνιστικά και αρχαϊκά κεραμικά της Βορειοδυτικής Πελοποννήσου. Πετρογραφική, ορυκτολογική και γεωχημική έρευνα πραγματοποιήθηκε σε κεραμικά όστρακα ρωμαϊκών λυχναριών και ελληνιστικών και αρχαϊκών αγγείων διαφόρων τύπων (π.χ. κοτύλη, κάνθαρος, εξάλειπτρο, κιονωτός κρατήρας, μαγειρικό σκεύος). Τα ρωμαϊκά λυχνάρια (τέλη του 1ου μ.Χ.- έως το τέλος του 3ου-αρχές 4ου αι. μ.Χ..) προέρχονται από τρεις ανασκαφές που πραγματοποιήθηκαν στην πόλη των Πατρών. Οι δύο από αυτές έφεραν στο φως τα εργαστήρια παραγωγής των λύχνων (Εργαστήριο Α: ερυθροβαφή λυχνάρια, και Εργαστήριο Β: άβαφα λυχνάρια) ενώ η τρίτη αφορά ένα Λυχνομαντείο (αποθέτης λυχναριών). Πριν την εύρεση των Εργαστηρίων Α και Β τα λυχνάρια που βρίσκονταν σε ανασκαφές της Πάτρας (και της ευρύτερης περιοχής της Αχαΐας) θεωρούνταν τα μεν ερυθροβαφή εισηγμένα από την Ιταλία τα δε άβαφα, λόγω του χρώματος του πηλού τους, εισηγμένα από την Κόρινθο. Τα αρχαϊκά και ελληνιστικά κεραμικά όστρακα προέρχονται από αποθέτη της ανασκαφής της Κάτω Αχαΐας, η οποία έφερε στο φως τον ελληνιστικό οικισμό της Αρχαίας Δύμης (3ος-2ος αι. π.Χ.). Η τυπολογία των αρχαϊκών οστράκων (τέλη 7ου αρχές 6ου αι. π.Χ.) ομοιάζει με την αντίστοιχη των κορινθιακών αρχαϊκών αγγείων. Προσδιορίζοντας τα πετρογραφικά, ορυκτολογικά και γεωχημικά χαρακτηριστικά των κεραμικών δειγμάτων καθορίστηκε η πηγή προέλευσης της πρώτης ύλης τους και κατ´ επέκταση ο τόπος παραγωγής τους, ενώ δημιουργήθηκαν ομάδες αναφοράς που χαρακτηρίζουν την αρχαϊκή, ελληνιστική και ρωμαϊκή κεραμική λεπτοκρυσταλλικών αγγείων σε περιοχές της ΒΔ Πελοποννήσου. Η γεωλογική πηγή προέλευσης της ασβεστούχου αργιλικής πρώτης ύλης για την παραγωγή των κεραμικών και των τριών ιστορικών περιόδων είναι κοινή και προέρχεται από τα τοπικά τεφρά έως πρασινότεφρα Πλειο-Πλειστοκαινικά λιμναία και λιμνοθαλάσσια αργιλικά ιζήματα της ΒΔ Πελοποννήσου. Σύγκριση των πετρογραφικών, ορυκτολογικών, ορυκτοχημικών και γεωχημικών αναλύσεων δειγμάτων τοπικής αργίλου από τις Πλειο-Πλειστοκαινικές αποθέσεις που συλλέχθηκαν από την ευρύτερη περιοχή των ανασκαφών και αρχαίων κεραμικών έδειξε πλήρη αντιστοιχία. Το πιο ισχυρό στοιχείο όμως για την εξαγωγή του συμπεράσματος, ότι οι αρχαίοι κεραμείς χρησιμοποίησαν τα αργιλικά ιζήματα της ευρύτερης περιοχής τους ως πρώτη ύλη των κεραμικών, είναι η παρόμοια διακύμανση των κανονικοποιημένων τιμών των ιχνοστοιχείων και των σπάνιων γαιών, το ίδιο σχήμα κατανομής του Eu, και οι παρόμοιοι λόγοι Th/Co, Th/Sc, La/Co, La/Sc. Η πιθανή θερμοκρασία όπτησης που προέκυψε από την οπτική ενεργότητα της μικρομάζας κατά την πετρογραφική παρατήρηση και τον προσδιορισμό των ορυκτών όπτησης (φασαΐτης, γκελενίτης, ανορθίτης, σανίδινο) με την περιθλασιμετρία ακτίνων Χ, έδειξε πως η θερμοκρασία όπτησης κυμάνθηκε από Τ<700°C έως Τ≥1000°C για τα ρωμαϊκά λυχνάρια και για τα αρχαϊκά και ελληνιστικά όστρακα και με οξειδωτική ατμόσφαιρα να επικρατεί ως επί το πλείστον εντός του κλιβάνου. Όμως, οι αρχαίοι κεραμείς των Αρχαϊκών και Ελληνιστικών χρόνων φαίνεται πως έδιναν μεγαλύτερη προσοχή στην εφαρμογή των συνθηκών όπτησης (θερμοκρασία, ατμόσφαιρα, χρόνος όπτησης) από τους κεραμείς των Ρωμαϊκών χρόνων. Η πρώτη ύλη δεν φαίνεται να έχει υποστεί κάποια μορφή επεξεργασίας πριν από το ζύμωμα από τους κεραμείς κατά την παραγωγή των λύχνων, ενώ για την παραγωγή των αρχαϊκών και ελληνιστικών αγγείων η ομοιομορφία της μικρομάζας τους και οι χαμηλότερες περιεκτικότητες K2O, Na2O, Cs, Rb, CaO, που τα διαχωρίζει από τα ρωμαϊκά λυχνάρια, είναι ενδείξεις ότι η πρώτη ύλη υπέστη μία μικρή επεξεργασία καθίζησης για την απομάκρυνση των πιο αδροκρυσταλλικών κλαστικών κόκκων. Για την ‘ταυτοποίηση’ της πρώτης ύλης και των συνθηκών όπτησης των αρχαίων κεραμικών, κατασκευάστηκαν στο εργαστήριο κεραμικά δοκίμια χρησιμοποιώντας δείγματα τοπικής αργίλου, τα οποία ψήθηκαν σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες 850°, 950° και 1050°C με αργό ρυθμό όπτησης. Η μακροσκοπική, πετρογραφική, ορυκτολογική και ορυκτοχημική ανάλυση των κεραμικών δοκιμίων έδωσε αποτελέσματα παρόμοια έως ταυτόσημα με τα αντίστοιχα αποτελέσματα των αρχαίων κεραμικών. Οι ομάδες αναφοράς με τα αρχαιομετρικά χαρακτηριστικά των ρωμαϊκών, ελληνιστικών και αρχαϊκών κεραμικών από ανασκαφές της ΒΔ Πελοποννήσου και ο προσδιορισμός της τοπικής προέλευσης της πρώτης ύλης τους σκοπό έχουν να συνεισφέρουν σε μελλοντικές συγκρίσεις : 1. Των πατρινών λυχναριών με λυχνάρια που έχουν παραχθεί από εργαστήρια της Κορίνθου και των Αθηνών ώστε να μπορέσει να γίνει ο διαχωρισμός της πρώτης ύλης τους και της τεχνολογίας τους. 2. Τα Εργαστήρια Α και Β έκαναν εξαγωγές λυχναριών. Η σύγκριση των ομάδων αναφοράς των πατρινών λυχναριών με λυχνάρια από ανασκαφές άλλων περιοχών θα προσδιορίσει εάν τα λυχνάρια που συλλέχθηκαν στις συγκεκριμένες περιοχές έχουν πατρινή προέλευση παραγωγής. 3. Των αρχαϊκών και ελληνιστικών λεπτοκρυσταλλικών αγγείων που έχουν παραχθεί από εργαστήρια του νομού Αχαΐας με αντίστοιχα κεραμικά αγγεία (ίδιας τυπολογίας και χρονολογίας) από ανασκαφές άλλων περιοχών για να προκύψουν πιθανές εμπορικές και οικονομικές συναλλαγές. / Petrographic, mineralogical and geochemical research was carried out on Roman ceramic lamps and Hellenistic and Archaic wares derived from excavations in northwestern Peloponnese. The studied sherds of Roman lamps (the late 1st A.D. - until the end of the 3rd - early 4th c. AD.) were collected from three excavations in the city of Patras, two pottery Workshops (A:produced red-painted lamps and B:produced unpainted lamps) and one Lychnomanteion. Until the excavations brought to light the existence of the two lamp Workshops (A and B), it was assumed that the red-painted lamps were imported from Italy and the unpainted lamps were imported from Corinth so as they were called “imported” and “Corinthian” lamps respectively. A deposit of Archaic ceramic sherds, dating from the late 7th - early 6th c. BC and Hellenistic sherds have been unearthed in the excavation of an Hellenistic settlement of Ancient Dyme (3th - 2nd c. BC) in the city of Kato Achaia. These sherds represent individual wares such as: skyphos, pinakio and krateras, and they display typological influence by Corinthian wares. The study of the petrographic, mineralogical and geochemical characteristics of ceramic samples allowed us to determine the provenance of the raw materials used by ancient potters for their productions. Also a database is created based on these archaeometric characteristics of ancient fine wares in northwestern Peloponnese. The provenance of raw materials for the production of the Roman lamps and the Archaic and Hellenistic sherds is similar and derived from the local Plio-Pleistocene lagoon and lacustrine sediments of northwestern Peloponnese. Clay samples were collected from the Plio-Pleistocene deposits around the excavations and they were subjected to petrographic, mineralogical and geochemical analyses. The comparison of the results of their analyses with those of ancient ceramics indicated complete similarity. A comparison of the rare earth element and trace elements variation diagrams (spidergrams) between ancient ceramics and clay samples shows that the geochemical patterns of the ancient ceramics are very similar and fit well to the geochemical patterns of the local clay samples. These similarities strongly confirm the above suggestion that the ancient ceramics were produced from clay-rich sedimentary deposits of NW Peloponnese. The firing-temperature which was estimated based on the optical activity of micromass and the new mineral phases crystallized during firing (fassaite, gehlenite, anorthite, sanidine) indicated that for Roman lamps and Archaic and Hellenistic wares, the firing temperature ranged from Τ<700°C to Τ≥1000°C with a prevailing oxidizing atmosphere in the kilns. The potters in Archaic and Hellenistic times paid greater attention to the application of the firing conditions such as temperature, atmosphere and firing time than potters in Roman period. For Roman lamps their raw material does not seem to have been subjected to any initial processes (e.x. levigation, settling, sieving), in contrast the raw materials of the Archaic and Hellenistic sherds could have been subjected to a small refinement. Using local clay material, ceramic bricks produced in the laboratory in order to facilitate through their comparison the ‘identification’ of raw materials and firing conditions of ancient ceramics. The macroscopic, petrographic, mineralogical results of ceramic bricks are similar or identical to those of ancient ceramics. The archaeometric study of Roman ceramic lamps and Hellenistic and Archaic wares from excavations in NW Peloponnese aims to contribute to future comparison such as : 1. Between lamps produced in Patraian workshops with lamps produced in Corinthian, Athenian and Italian workshops in order to determine the provenance of their raw materials and technology. 2. Workshop A and B exported lamps. So the comparison of the archaeometric data of their lamps with the archaeometric data of lamps which have been found or will be found in excavations out of Achaia county, will help to decipher if the latter lamps were produced in Workshops A or B. 3. The Archaic and Hellenistic fine sherds studied here were produced in workshops established in the county of Achaia. The comparison of their archaeometric data with that data of fine wares (same typology and chronology) collected in excavations of other regions may give information about the commercial and financial dealings of the inhabitants of the Achaia county (Ancient Dyme).

Τα Δίκτυα Αισθητήρων αποτελούνται από ένα μεγάλο αριθμό μικρών αυτόνομων συσκευών, που αλληλεπιδρούν με το άμεσο περιβάλλον τους μέσω αισθητήρων, συλλέγουν δεδομένα και τα προωθούν προς ένας σταθερό, συνήθως, κέντρο ελέγχου, με αναμεταδόσεις στους ενδιάμεσους κόμβους. Η διαδικασία αυτή έχει ως αποτέλεσμα τη μεγάλη κατανάλωση ενέργειας στις συσκευές, ιδιαίτερα σε αυτές που βρίσκονται κοντά στο κέντρο ελέγχου, αφού πρέπει να αναμεταδίδουν και τα δεδομένα που φτάνουν από το υπόλοιπο δίκτυο προς το κέντρο ελέγχου. Για την επίτευξη μιας πιο ισορροπημένης και αποδοτικής διαδικασίας συλλογής δεδομένων, τα τελευταία χρόνια έχει υιοθετηθεί μια νέα προσέγγιση, όπου το κέντρο ελέγχου είναι κινητό. Η βασική ιδέα είναι ότι το κέντρο ελέγχου διαθέτει σημαντικά και εύκολα ανανεώσιμα αποθέματα ενέργειας, επομένως μπορεί να κινείται στην περιοχή όπου έχει αναπτυχθεί το δίκτυο αισθητήρων, αναλαμβάνοντας να συλλέξει τα δεδομένα από τους κόμβους με πολύ μικρό κόστος. Ωστόσο, η μετάδοση των δεδομένων μπορεί να παρουσιάζει σημαντικές καθυστερήσεις. Συλλογή δεδομένων με προσαρμοστικούς χρόνους αναμονής: Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν πρωτόκολλα ελέγχου της κίνησης ενός κέντρου ελέγχου σε δίκτυο αισθητήρων με ανομοιογενή ανάπτυξη των κόμβων αισθητήρων, με στόχο την αποδοτική, ως προς την ενέργεια και τον χρόνο παράδοσης, συλλογή των δεδομένων. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά παρουσιάζεται ένα πρωτόκολλο με βάση το οποίο το κέντρο ελέγχου διαιρεί νοητά το δίκτυο σε περιοχές τις οποίες και επισκέπτεται διαδοχικά, σταματώντας σε κάθε περιοχή για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, ώστε να συλλέξει τα δεδομένα. Προτείνουμε δύο τρόπους κίνησης του κέντρου ελέγχου, ντετερμινιστικό και τυχαίο. Στην τυχαία κίνηση, η επιλογή της επόμενης περιοχής την οποία θα επισκεφτεί το κέντρο ελέγχου γίνεται με τυχαίο τρόπο, εισάγοντας όμως ένα όρο μεροληψίας, έτσι ώστε να προτιμούνται περιοχές που έχουν δεχτεί λιγότερες επισκέψεις. Επιπλέον η μέθοδός μας αποφασίζει το χρόνο παύσης σε κάθε περιοχή λαμβάνοντας υπόψιν κάποιες βασικές παραμέτρους του δικτύου, όπως τα αρχικά αποθέματα ενέργειας των κόμβων αισθητήρων και την πυκνότητα της κάθε περιοχής, έτσι ώστε να παραμένει περισσότερο χρόνο σε περιοχές με μεγαλύτερη πυκνότητα, άρα και μεγαλύτερη ποσότητα πληροφορίας. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται η γρήγορη κάλυψη όλου του δικτύου, καθώς επίσης και η δίκαιη εξυπηρέτηση των επιμέρους περιοχών του δικτύου. Προσαρμοστικοί τυχαίοι περίπατοι Στη συνέχεια, μελετάται η χρήση τυχαίων περιπάτων κατά την κίνηση του κέντρου ελέγχου σε δίκτυα αισθητήρων με στόχο την επίτευξη ενός ικανοποιητικού σημείου ισορροπίας μεταξύ κατανάλωσης ενέργειας και καθυστέρησης στην παράδοση των μηνυμάτων. Για την ικανοποίηση του στόχου αυτού, προτείνουμε τρεις νέους τυχαίους περιπάτους, τους α) Τυχαίος Περίπατος με Αδράνεια, κατά τον οποίο το κινούμενο αντικείμενο τείνει να διατηρεί την ίδια κατεύθυνση στην κίνησή του όσο ανακαλύπτει κόμβους αισθητήρων που δεν έχει επισκεφτεί και αλλάζει την κατεύθυνσή του όταν φτάνει σε κόμβους που έχει ξαναεπισκεφτεί, β) Explore-and-Go, κατά τον οποίο το κινούμενο αντικείμενο τείνει να εκτελεί μια Brownian κίνηση γύρω από την περιοχή του όσο υπάρχουν κόμβοι που δεν έχουν δεχτεί επίσκεψη, γ) Curly Random Walk, όπου το κινούμενο αντικείμενο διαπερνάει όλη την περιοχή του δικτύου ξεκινώντας από το κέντρο και επεκτείνοντας την κίνησή του με συνεχόμενες κυκλικές κινήσεις προς τα έξω. Για την εφαρμογή των τυχαίων περιπάτων χρησιμοποιούμε ένα νοητό πλέγμα ώστε να καλύπτουμε την περιοχή του δικτύου αισθητήρων• οι περίπατοι κινούνται πάνω στους κόμβους του πλέγματος. Αν και στις περισσότερες περιπτώσεις οι τυχαίοι περίπατοι μελετώνται σε Gn,p και Grid γράφους, τα δίκτυα αισθητήρων μοντελοποιούνται με μεγαλύτερη ακρίβεια χρησιμοποιώντας το μοντέλο των Random Geometric Graphs (RGG), εφόσον έτσι αναπαρίσταται καλύτερα η χωρική εγγύτητα του δικτύου. Οι παραπάνω τυχαίοι περίπατοι δεν δίνουν τα επιθυμητά αποτελέσματα όταν τρέχουν σε RGG. Έτσι οδηγηθήκαμε στο σχεδιασμό ενός νέου τυχαίου περιπάτου, του γ-Stretched Random Walk, η βασική ιδέα του οποίου είναι να μεροληπτεί υπέρ της επίσκεψης των πιο μακρινών γειτόνων του τρέχοντος κόμβου έτσι ώστε να μειώσει στο ελάχιστο τις επικαλύψεις στις επισκέψεις. Αλγόριθμοι που λαμβάνουν υπόψιν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο δίκτυο: Εκτός από τη μελέτη της κίνησης του κέντρου ελέγχου σε δίκτυα αισθητήρων, στη διατριβή αυτή παρουσιάζεται μια πρώτη προσπάθεια μελέτης θεμάτων σχετικά με την επίγνωση της εκπομπή ακτινοβολίας σε περιβάλλοντα όπου λειτουργούν πολλαπλά ετερογενή ασύρματα δίκτυα. Ως ακτινοβολία σε ένα σημείου του τρισδιάστατου χώρου καλούμε τη συνολική ποσότητητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που δέχεται το σημείο αυτό. Έτσι, καταρχάς μελετάμε σε αναλυτικό επίπεδο την ακτινοβολία σε διάφορες γνωστές τοπολογίες (τυχαίες, πλέγματα) και κατόπιν επικεντρώνουμε το ενδιαφέρον μας στην εύρεση ενός μονοπατιού ελάχιστης ακτινοβολίας το οποίο ακολουθείται από κάποιο άτομο που κινείται στην περιοχή που καλύπτεται από ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Προτείνουμε τρεις ευρετικές μεθόδους για την εύρεση του μονοπατιού καθώς το άτομο κινείται, ενώ υπολογίζουμε και την οffline λύση χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ελάχιστου μονοπατιού. Κατόπιν, εξετάζουμε το θεμελιώδες πρόβλημα της διάδοσης των δεδομένων σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, προσπαθώντας τόσο να παραμείνει γρήγορη η διαδικασία παράδοσης των μηνυμάτων, παράλληλα όμως και η συνολική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παράγεται από τις συνεχείς ασύρματες μεταδόσεις να διατηρηθεί σε χαμηλά επίπεδα. Αυτό επιτυγχάνεται αρχικά χρησιμοποιώντας κάποιες άπληστες ευρετικές μεθόδους που όμως λαμβάνουν υπόψιν την ακτινοβολία. Επιπλέον, οι μέθοδοι αυτοί συνδυάζονται με μεθόδους που πραγματοποιούν back-off στο χρόνο, χρησιμοποιώντας τοπικές ιδιότητες του δικτύου (όπως ο αριθμός γειτόνων, η απόσταση από το κέντρο ελέγχου), έτσι ώστε «απλωθεί» κατά κάποιο τρόπο η ακτινοβολία τόσο ως προς το χρόνο αλλά και ως προς το χώρο. Τα προτεινόμενα πρωτόκολλα αξιολογήθηκαν πειραματικά μέσω προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας ποικίλες τιμές για βασικές παραμέτρους του δικτύου και σύγκρινοντάς τα με σχετικές υπάρχουσες ευρέως αποδεκτές μεθόδους. Συστημικές Εφαρμογές: Τέλος, στη διατριβή παρουσιάζονται κάποιες συστημικές εφαρμογές ασύρματων δικτύων αισθητήρων σε κτίρια. Συγκεκριμένα, η πρώτη εφαρμογή αναλαμβάνει σε περίπτωση ανίχνευσης φωτιάς, την εύρεση του ελάχιστου μονοπατιού μακριά από το σημείο όπου έγινε η ανίχνευση. Επιπλέον, παρέχει καθοδήγηση στους ενοίκους του κτιρίου (οι οποίοι μοντελοποιούνται από ένα κινούμενο ρομπότ) έτσι ώστε να εγκαταλείψουν με ασφάλεια το κτίριο. Η επόμενη εφαρμογή παρουσιάζει τη δυνατότητα της απρόσκοπτης διασύνδεσης αυτοματισμών έξυπνων κτιρίων, αποτελούμενων από ενσωματωμένα συστήματα, στο διαδίκτυο και την αφαιρετικοποίησή τους ως απλά web services. Η προσέγγιση αυτή έχει στόχο την δημιουργία ενός ευέλικτου, εύκολα κλιμακώσιμου συστήματος που είναι προσβάσιμο και ελεγχόμενο απομακρυσμένα. Η προσέγγιση που ακολουθήθηκε και παρουσιάζεται στην παρούσα διατριβή περιλαμβάνει την ανάπτυξη ενός αριθμού αισθητήρων μέσα σε ένα κτίριο, οι οποίοι αποκτούν IPv6 διεύθυνση ώστε να είναι προσβάσιμοι διαδικτυακά, ενώ παράλληλα διασυνδέονται με ηλεκτρικές συσκευές του κτιρίου για σχηματισμό αυτοματισμών. Τέλος αναπτύχθηκε μία web εφαρμογή για απομακρυσμένη διαχείριση του δικτύου και του κτιρίου γενικότερα. / Wireless Sensor Networks consist of a large number of small, autonomous devices, that are able to interact with their environment by sensing and collaborate to fulfill their tasks, as, usually, a single node is incapable of doing so; and they use wireless communication to enable this collaboration. The collected data is disseminated to a static control point – data sink in the network, using node to node - multi-hop data propagation. However, sensor devices consume significant amounts of energy in addition to increased implementation complexity, since a routing protocol is executed. Also, a point of failure emerges in the area near the control center where nodes relay the data from nodes that are farther away. Recently, a new approach has been developed that shifts the burden from the sensor nodes to the sink. The main idea is that the sink has significant and easily replenishable energy reserves and can move inside the area the sensor network is deployed, in order to acquire the data collected by the sensor nodes at very low energy cost. However, the need to visit all the regions of the network may result in large delivery delays. Data collection with biased stop times: In this work we have developed protocols that control the movement of the sink in wireless sensor networks with non-uniform deployment of the sensor nodes, in order to succeed an efficient (with respect to both energy and latency) data collection. More specifically, we first propose a protocol, where the sink partitions the network area in equal square regions and then performs a network traversal by visiting each area sequentially. Also, it pauses in each area for a certain amount of time, in order to collect the data. Two network traversal methods are proposed, a deterministic and a random one. When the sink moves in a random manner, the selection of the next area to visit is done in a biased random manner depending on the frequency of visits of its neighbor areas. Thus, less frequently visited areas are favored. Moreover, our method locally determines the stop time needed to serve each region with respect to some global network resources, such as the initial energy reserves of the nodes and the density of the region, stopping for a greater time interval at regions with higher density, and hence more traffic load. In this way, we achieve accelerated coverage of the network as well as fairness in the service time of each region. Besides randomized mobility, we also propose an optimized deterministic trajectory without visit overlaps, including direct (one-hop) sensor-to-sink data transmissions only. Adaptive random walks: Afterwards, in order to achieve satisfactory energy-latency trade-offs the use of random walks for the sink' s motion pattern is studied. Towards this direction three new random walks evaluated on a grid overlaying the wireless sensor network are proposed. The first one is the Random Walk with Inertia where the sink tends to keep the same direction as long as it discovers new nodes, while changing direction when it encounters already visited ones. The second one is the Explore-and-Go Random Walk, where as long as there are undiscovered nodes on the nearby sub-regions of the network it tends to make a Brownian-like motion until all this area is covered. When no new sensors are discovered, it performs a more or less straight-line walk in order to move to a different, possibly unvisited area. The last one is the Curly Random Walk where the sink traverses the network area beginning from the center and expanding its traversal to the entire network area with consecutive circular-like moves. In random walk studies the Gn,p and Grid graph models are well established. However, wireless sensor networks are more accurately modeled via Random Geometric Graphs (RGG), as RGG better capture certain characteristics of WSN's such as link existence dependencies of neighbouring nodes due to geometric proximity. The above mentioned random walks do not behave well on this particular graph model, thus a new random walk was defined, the so called γ-stretched random walk. Its basic idea is to favour visiting distant neighbours of the current node towards reducing node overlap. Radiation-aware algorithms: Except for the issue of mobility in wireless sensor networks, in this work we also attempt (probably for the first time from a distributed networking perspective) to investigate the aspect of electromagnetic radiation in modern and future heterogeneous wireless networks. We call “radiation” at a target elementary surface the total amount of electromagnetic quantity (in terms of energy or power density) it is exposed to. Thus, we first evaluate, both mathematically and by simulation, the radiation in well known sensor network topologies (random, grid) and then focus on the minimum radiation path problem of finding low radiation trajectories for a person moving in a sensor network. We propose three online heuristics and then we identify the (offline) optimum path given by the shortest paths' algorithm. Afterwards, we focus on the fundamental problem of efficient data propagation in wireless sensor networks, trying to keep latency low while maintaining at low levels the radiation cumulated by wireless transmissions. We first propose greedy and oblivious routing heuristics that are radiation aware. We then combine them with temporal back-off schemes that use local properties of the network (e.g. number of neighbours, distance from sink) in order to “spread” radiation in a spatio-temporal way. Al the proposed protocols were evaluated via simulation, in diverse network settings and comparatively to related state of the art solutions. Systems and applications: Finally, in this work we present two applications of wireless sensor networks in buildings. More specifically, the first application, in the event of a fire inside a monitored building, uses the information from the deployed sensor network in order to find the shortest safest path away from the emergency and provides navigation guidance to the occupants (modelled by a mobile robot), in order to safely evacuate the building. The second application addresses networked embedded systems enabling the seamless interconnection of smart building automations to the Internet and their abstractions as web services, using the latest technologies based on IPv6, such as 6LOWPAN, COAP and RESTLess Architecture.