We study the flow of a dilute polymer solution in a wavy channel under steady-state flow conditions by employing the non-equilibrium thermodynamics two-fluid model (Mavrantzas-Beris, 1992), allowing for the coupling between polymer concentration and polymer stresses. The resulting highly complex system of partial differential equations describing inhomogeneous transport phenomena in the fluid are solved with an efficient implementation of the mixed finite-element method. We present numerical results for polymer concentration, stress, velocity and fluxes of polymer as a function of the non-dimensional parameters of the problem (the Deborah number , the Peclet number , the Reynolds number , the ratio of the solvent viscosity to the total fluid viscosity , and the constriction ratio of the channel width ). We find that the constricted part of the wall is depleted of polymer, when the polymer diffusion length-scale, expressed by the ratio of / , increases. The migration is more pronounced for macromolecules characterized by longer relaxation times, and takes place towards the expanding part of the channel or towards the centerplane. Migration is also enhanced by the width variability of the channel: the more corrugated the channel, the stronger the transfer of polymer to the centerplane. This increases the spatial extent of polymer depletion near the wall or induces a zone of sharp variation in polymer stress and concentration, which moves away from the channel wall, especially in lower polymer concentration. The development of a polymer-depleted layer smooths out the boundary layer which is known to arise with Boger fluids at the walls of such corrugated channels or tubes and gives rise to an “apparent” slip in the constricted section of the wall and to a very low value of the drag force on the wall. When and where boundary layers arise, they scale as (1/De) for the stresses and as (De⁄Pe)^(1⁄3) for the concentration. / --

Στις ηλεκτρικές μηχανές η θερμική ανάλυση είναι εξίσου σημαντική με την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση, διότι η θέρμανση μίας μηχανής είναι αυτή που τελικά οριοθετεί την ονομαστική ισχύ της. Ακριβής θερμική μοντελοποίηση της μηχανής απαιτείται για την επίτευξη υψηλής απόδοσης, την ορθή σχεδίαση, την επιλογή των υλικών και του τρόπου ψύξης και τη βελτιστοποίηση κόστους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των απωλειών, ο υπολογισμός της παραγόμενης θερμότητας και η εύρεση της κατανομής θερμοκρασίας στο εσωτερικό ενός ασύγχρονου κινητήρα στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. / Thermal analysis of electrical machines is as important as electromagnetic analysis, since the machine heating actually determines the nominal power of the machine. Accurate thermal modelling is necessary in order to achieve high performance, proper design, cost optimization and selection of the most suitable materials and cooling method. The goal of this project is the study of power losses and the calculation of the produced heat and temperature distribution inside an induction motor, which operates at steady state, using the finite element method.

Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις για στιβαρότερες και ελαφρύτερες κατασκευές οδήγησαν στην ανάπτυξη νέων υλικών. Η αύξηση της αντοχής με την ταυτόχρονη μείωση του βάρους έχουν σαν συνέπεια τη μείωση του κόστους, όχι όμως εναντίον της αξιοπιστίας και λειτουργικότητας. Τα νέα υλικά έχουν υψηλότερες τιμές του λόγου αντοχής/βάρος σε σύγκριση με εκείνες των συμβατικών υλικών. Σαν αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται στη δημιουργία προηγμένων και ευφυών κατασκευών, οι οποίες ανταποκρίνονται στα πρότυπα αξιοπιστίας και λειτουργικότητας για τα οποία έχουν σχεδιαστεί. Το πεδίο εφαρμογής των προηγμένων υλικών εκτείνεται σε ένα ευρύ φάσμα κατασκευών, όπως στη βιομηχανία των αυτοκινήτων, στην αεροδιαστημική, καθώς και σε μια πληθώρα προϊόντων καθημερινής χρήσης. Η ανά χείρας διατριβή ασχολείται με την προσομοίωση και τη μελέτη των φαινομένων που σχετίζονται με τις αστοχίες και ειδικότερα με τις διαδικασίες διάρρηξης δεσμού πρόσφυσης σε υλικά με ανομοιογένειες, που κατά κύριο λόγο είναι σύνθετα υλικά. Με την εισαγωγή αντιπροσωπευτικών όγκων αναφοράς που περιγράφουν την επαναληψιμότητα της γεωμετρίας, είναι δυνατόν να επιτευχθεί μια αντικειμενική προσομοίωση, με ανεξάρτητες μεταβλητές τη διάταξη των ενισχύσεων και την κατ’ όγκο περιεκτικότητα. Διερευνώνται οι εστίες συγκέντρωσης τάσεων και παραμορφώσεων, καθώς και η αλληλεξάρτησή τους από τις ανεξάρτητες μεταβλητές του προβλήματος, όπως μεταξύ άλλων είναι η παρουσία ενδιάμεσης φάσης, η ατελής πρόσφυση κλπ. Προσομοιώνεται η αποκόλληση κατά μήκος της ενδιάμεσης φάσης, ο θρυμματισμός των ινών και αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρά μια θραυσμένη ίνα στις ΠΡΟΛΟΓΟΣ iii γειτονικές της. Οι προσομοιώσεις και οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν, αφορούν υλικά τα οποία έχουν εκτεταμένες ή συγκεντρωμένες ενισχύσεις και χαρακτηρίζονται από ανομοιογένειες στην περιοχή μεταξύ των ενισχύσεων και της μήτρας. Το ένα υλικό διακρίνεται από το άλλο και κατά συνέπεια η μία φάση από την άλλη, διαμέσου της διεπιφάνειας. Η τυχαία ή συστηματική διάταξη των ενισχύσεων επιβάλλει την υιοθέτηση ενός αντιπροσωπευτικού στοιχείου όγκου, το οποίο να περιλαμβάνει δύο ή και περισσότερες ομογενείς φάσεις, που διαχωρίζονται μεταξύ τους με διεπιφάνειες, οι οποίες δεν είναι τίποτα περισσότερο από ανομοιογενείς στρώσεις ενδιάμεσων φάσεων, των οποίων οι ιδιότητες μεταβάλλονται κατά την έννοια του πάχους αυτών. Οι αστοχίες υλικών όπως τα παραπάνω αποτελούν δημοφιλέστατο αντικείμενο μελέτης εξαιτίας των ιδιαίτερα καταστροφικών τους αποτελεσμάτων. Η μείωση ή και η ολοκληρωτική απώλεια της ικανότητάς του να επιτελούν το σκοπό για τον οποίο σχεδιάστηκαν, μειώνουν την αξιοπιστία τους και οδηγούν σε απροσδόκητες αστοχίες με ολέθριες συνέπειες σε ότι αφορά την ασφάλεια, τη λειτουργικότητα και το κόστος του εξοπλισμού. Η κύρια αιτία που οδηγεί σε αστοχία ένα υλικό (εκτός από τη φθορά και τη διάβρωση) είναι η παραμόρφωση, με την οποία εννοούμε τη μεταβολή στο σχήμα ενός υλικού και αφορά κυρίως τις μηχανικές αστοχίες, οι οποίες είναι και το αντικείμενο μελέτης αυτής της διατριβής. Η παραμόρφωση ως επί το πλείστον οφείλεται σε εξωτερικά φορτία και μπορεί να είναι ελαστική ή πλαστική. Η τελευταία είναι δυνατόν να οδηγήσει σε θραύση. Ένα νέο είδος μηχανικής αστοχίας είναι η αποκόλληση, η οποία εμφανίζεται στις διεπιφάνειες των προηγμένων υλικών. Σαν αποτέλεσμα, όταν τα υλικά αυτά βρεθούν κάτω από κρίσιμο συνδυασμό εντατικών καταστάσεων να εγείρεται η διάρρηξη του δεσμού πρόσφυσής και κατά συνέπεια να αποτελούν εστίες εκκίνησης ρωγμών. Όλοι οι παραπάνω λόγοι επέβαλλαν τη μελέτη της αριθμητικής προσομοίωσης διάρρηξης δεσμού πρόσφυσης σε ανομοιογενή υλικά, καταλαβαίνοντας τη σημαντικότατη συμβολή που θα έχουν τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που θα προκύψουν από αυτή. Αρχικά ο αναγνώστης, στο πρώτο κεφάλαιο, έρχεται σε μια πρώτη επαφή με τα σύνθετα υλικά, τα χαρακτηριστικά τους, τις αστοχίες που εκδηλώνονται σε αυτά, τον τρόπο με τον οποίο θεωρούνται από απλά ολιγοφασικά σε πολυφασικά υλικά, ενώ εισάγεται η έννοια της ενδιάμεσης φάσης, παρουσιάζονται οι ιδιότητες της και εν συνεχεία γίνεται μια σύντομη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Έπειτα περιγράφεται το αντικείμενο των κεφαλαίων της παρούσας διατριβής. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται η μοντελοποίηση των iv φάσεων των σύνθετων υλικών και παρουσιάζονται τα διάφορα μοντέλα της ενδιάμεσης φάσης. Στο τρίτο κεφάλαιο επεξηγείτε ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται η τμηματική ομοιογένεια της ενδιάμεσης φάσης, πραγματοποιείται ο αντικειμενικός ορισμός του μοντέλου, εφαρμόζεται μια ημιαναλυτική διαδικασία προσέγγισης της ανομοιογένειας της ενδιάμεσης φάσης και περιγράφονται τα λεγόμενα διεπιφανειακά στοιχεία, που χρησιμεύουν στην εκκίνηση της διάρρηξης του δεσμού πρόσφυσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται επιλεκτικά αποτελέσματα που ελήφθησαν από τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν, ενώ τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παραθέτονται τα συνολικά συμπεράσματα αυτής της προσπάθειας και οι προοπτικές που διανοίγονται από αυτήν. / The increasing demands for the development of improved and intelligent constructions, that will meet the desired reliability and functional standards, have led to new materials of higher strength/weight ratio comparing to those of the traditional materials. The present work is focused on the study -through simulation- of phenomena related to material failures and specifically to adhesion bond breaking of inhomogeneous materials. Through the introduction of representative reference volumes describing the repetitiveness of geometry, a realistic simulation can be evaluated, in which fibers packing dimensions and volumetric composition are the independent parameters. The areas of stress and strain accumulation, as well as their dependence on the problem independent variables (as weak interphase, imperfect adhesion etc), are discussed. The debonding along interphase and fiber fragmentation are simulated, while the reaction mechanism of a broken fiber near it is analysed. The materials under study include short and long reinforcements, while presenting inhomogenities among reinforcements and fibers (interphase area). Fibers packing demand the use of a representative volume element, which is consisted of two or more homogeneous phases, separated by interfaces. Those interfaces are inhomogeneous interphase layers, whose properties vary with their thickness. The validity of the proposed simulation method is established through the accuracy, the repetitiveness and the convergence of its results. The innovations of this work are the following:  For the first time, a study of the interphase and imperfect adhesion affection to the side debonding of fiber composite materials with FEA takes place.  A parametric model is developed, contributing to the realistic solution of this kind of problems.  For the first time, the development of hybrid interphase and its introduction to FEA analysis, take place.  For the first time, the simulation of fiber fragmentation and the use of interphase elements, to this analysis, take place.  Realistic simulation is improved, as well as the result process through modern computation tools. This general model for the prediction and the failure analysis of bonds breaking can be applied to other kinds of failure problems as well, for future research.

Η σύγχρονη γεννήτρια, ή αλλιώς εναλλακτήρας, είναι σύγχρονη μηχανή η οποία μετατρέπει μηχανική ενέργεια σε εναλλασσόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Η σύγχρονη μηχανή, χρησιμοποιούμενη ως γεννήτρια, είναι η σπουδαιότερη μηχανή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και αποτελεί το επίκεντρο κάθε σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς της σύγχρονης γεννήτριας στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας αναλύοντας τα είδη των σύγχρονων παραμέτρων που προκύπτουν, καθώς επίσης και η μελέτη και ο προσδιορισμός των απωλειών στην ονομαστική κατάσταση λειτουργίας. / The synchronous generator is a type of synchronous machine, which converts mechanical energy into alternating electrical energy. When the synchronous machine is used as a generator, it is the most important machine for the production of electrical energy and it constitutes the epicentre for each station which produces electrical energy. The scope of this present thesis is the study of the behavior of synchronous machine in the steady-state of operation analyzing the types of synchronous parameters and synchronous quantities, as well as the study and determination of losses in the nominal situation of operation. The steady-state tests suggested in this thesis are required for analyzing the performance of a synchronous machine under normal operating conditions.

Σκοπός της διατριβής είναι η πρόβλεψη των συζευγμένων ηλεκτρομηχανικών ιδιοτήτων ενός πολυμερούς ενισχυμένου με νανοσωλήνες άνθρακα σε επίπεδο στρώσης υλικού (μικροκλίμακα), χρησιμοποιώντας δεδομένα και αναλύσεις ατομικής και υποατομικής κλίμακας. Αρχικά γίνεται η πρόβλεψη των μηχανικών ιδιοτήτων των νανοσωλήνων χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση που συνδυάζει εξισώσεις μοριακής μηχανικής και ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία. Στη συνέχεια γίνεται πρόβλεψη των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των νανοσωλήνων χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Ισχυρού Δεσμού (ή Δέσμιας Κατάστασης). Ο συνδυασμός των δυο αυτών παρέχει πληροφορίες για τη συζευγμένη ηλεκτρομηχανικής απόκριση των νανοσωλήνων άνθρακα. Τέλος, γίνεται ανάλυση της μικροδομής ενός νανοσυνθέτου υλικού και πώς αυτή μεταβάλεται υπό την επίδραση μηχανικού φορτίου. Ο συνδυασμός όλων των αναπτυχθέντων προτύπων οδηγεί στην πρόβλεψη της συζευγμένης ηλεκτρομηχανικής συμπεριφοράς του νανοσυνθέτου υλικού. Τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν καθώς και οι προβλέψεις τους επιβεβαιώθηκαν σε αντιπαράθεση με θεωρητικές προβλέψεις και πειραματικές μετρήσεις άλλων διακεκριμένων ερευνητών. / The goal of this thesis is the prediction of the coupled electromechanical response of carbon nanotube doped polumer in ply-level (microscale), using minimal input from atomic and subatomic analyses. First, the mechanical properties of carbon nanotubes are predicted using an approach that combines molecular mechanics and finite element analysis. Next, the electrical properties of carbon nanotubes are predicted using the tight-binding method. The coupling of these two models leads to the prediction of the electromechanical response of individual carbon nanotubes. Finally, the microstructure of a nanocomposite is analyzed, along with the effects of strain. All these models, when combined, predict the coupled electromechanical response of the nanocomposite. All models and predictions have been successfully correlated with theroetical predictions and experimental measurements of other researchers, found in the open literature.

Supersonic flows over both simple and complex geometries involve features over a wide spectrum of spatial and temporal scales, whose resolution in a numerical solution is of significant importance for accurate predictions in engineering applications. While CFD has been greatly developed in the last 30 years, the desire and necessity to perform more complex, high fidelity simulations still remains. The present thesis has introduced two major innovations regarding the fidelity of numerical solutions of the compressible \ns equations. The first one is the development of new a priori mesh quality measures for the Finite Volume (FV) method on mixed-type (quadrilateral/triangular) element meshes. Elementary types of mesh distortion were identified expressing grid distortion in terms of stretching, skewness, shearing and non-alignment of the mesh. Through a rigorous truncation error analysis, novel grid quality measures were derived by emphasizing on the direct relation between mesh distortion and the quality indicators. They were applied over several meshes and their ability was observed to identify faithfully irregularly-shaped small or large distortions in any direction. It was concluded that accuracy degradation occurs even for small mesh distortions and especially at mixed-type element mesh interfaces the formal order of the FV method is degraded no matter of the mesh geometry and local mesh size. Therefore, in the present work, the high-order Discontinuous Galerkin (DG) discretization of the compressible flow equations was adopted as a means of achieving and attaining high resolution of flow features on irregular mixed-type meshes for flows with strong moving shocks. During the course of the thesis a code was developed and named HoAc (standing for High Order Accuracy), which can perform via the domain decomposition method parallel $p$-adaptive computations for flows with strong shocks on mixed-type element meshes over arbitrary geometries at a predefined arbitrary order of accuracy. In HoAc in contrast to other DG developments, all the numerical operations are performed in the computational space, for all element types. This choice constitutes the key element for the ability to perform $p$-adaptive computations along with modal hierarchical basis for the solution expansion. The time marching of the DG discretized Navier-Stokes system is performed with the aid of explicit Runge-Kutta methods or with a matrix-free implicit approach. The second innovation of the present thesis, which is also based on the choice of implementing the DG method on the regular computational space, is the development of a new $p$-adaptive limiting procedure for shock capturing of the implemented DG discretization. The new limiting approach along with positivity preserving limiters is suitable for computations of high speed flows with strong shocks around complex geometries. The unified approach for $p$-adaptive limiting on mixed-type meshes is achieved by applying the limiters on the transformed canonical elements, and it is fully automated without the need of ad hoc specification of parameters as it has been done with standard limiting approaches and in the artificial dissipation method for shock capturing. Verification and validation studies have been performed, which prove the correctness of the implemented discretization method in cases where the linear elements are adequate for the tessellation of the computational domain both for subsonic and supersonic flows. At present HoAc can handle only linear elements since most grid generators do not provide meshes with curved elements. Furthermore, p-adaptive computations with the implemented DG method were performed for a number of standard test cases for shock capturing schemes to illustrate the outstanding performance of the proposed $p$-adaptive limiting approach. The obtained results are in excellent agreement with analytical solutions and with experimental data, proving the excellent efficiency of the developed shock capturing method for the DG discretization of the equations of gas dynamics. / -

Ο ήχος είναι ένα αρκετά παλιό πεδίο έρευνας, όμως μέχρι και σήμερα πολλές πτυχές του παραμένουν ανεξερεύνητες. Έτσι ακόμη και στις μέρες μας, παραμένει ελκυστική ερευνητική περιοχή για αρκετούς επιστήμονες. Ορισμένα από τα σύγχρονα επιστημονικά πεδία της ακουστικής είναι: η ακουστική χώρων, η ψυχοακουστική, η μουσική ακουστική, η ανάλυση φωνής, η ηλετρoακουστική, η ψηφιακή επεξεργασία ακουστικού σήματος, η υποβρύχια ακουστική, η ακουστική οικολογία, η περιβαλλοντική ακουστική, η αρχιτεκτονική ακουστική και άλλα. Κύριο αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η μελέτη των συντονιστών Helmholtz. Για τον σκοπό της μελέτης αυτής υλοποιήθηκαν εξομοιώσεις σε περιβάλλον πεπερασμένων στοιχείων, μελετήθηκε η συμβολή των συντονιστών στην ακουστική των αρχαίων θεάτρων και υλοποιήθηκαν μοντέλα με τη βοήθεια ψηφιακών φίλτρων. Οι διαφορετικές προσεγγίσεις στη μελέτη των συντονιστών έχουν μεγάλο ενδιαφέρον, αφενός για την περαιτέρω γνώση των αρχών λειτουργίας τους, αφετέρου, για τη δημιουργία νέων υπολογιστικών εργαλείων, που χωρίς να απαιτούν μεγάλη υπολογιστική ισχύ προβλέπουν με σχετική ακρίβεια την συμπεριφορά τους στο ακουστικό πεδίο. / Sound is considered to be an old research field, but till now many of its aspects remain unexplored. Thus, it is found to be an attractive research area by several scientists. Some of the modern scientific fields of acoustics are: room acoustics, psychoacoustics, musical acoustics, speech analysis, electroacoustics, digital audio signal processing, underwater acoustics, acoustic ecology, environmental acoustics, architectural acoustics and other. The main object of this thesis is the study of Helmholtz resonators. In this study simulations in finite element environment were carried out and it was studied the contribution of the coordinators of the acoustics of ancient theaters as well as the implementation of complex models by using digital filters. The different approaches to the study of the resonators are of great interest both for further knowledge of the principles of their acoustic behavior and for creating new computational tools that they do not require large computational power to predict with fairly accuracy their behavior in the acoustic field.

Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η μελέτη της εξέλιξης της νόσου της οστεοπόρωσης στη σπονδυλική στήλη με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Συγκεκριμένα, μοντελοποιείται η εφαρμογή θλιπτικού φορτίου στον δωδέκατο θωρακικό σπόνδυλο ασθενούς με οστεοπόρωση σε δύο διαδοχικές καταστάσεις – πριν και ένα χρόνο μετά την χορήγηση φαρμακευτικής αγωγής. Επιπλέον, κατά τη μελέτη, δοκιμάστηκαν διαφορετικές αποδόσεις μηχανικών ιδιοτήτων (μέτρο ελαστικότητας και βαθμός ανισοτροπίας) στο οστό, αρχικά στο μοντέλο ενός υγιούς σπονδύλου και στη συνέχεια στο εν λόγω μοντέλο του οστεοπορωτικού. Όλα τα μοντέλα κατασκευάστηκαν με την ίδια μεθοδολογία. Η σύγκριση τόσο των δύο καταστάσεων της νόσου, όσο και των διαφορετικών αποδόσεων των μηχανικών ιδιοτήτων, γίνεται βάσει των ισοδύναμων Τάσεων και Παραμορφώσεων κατά von Mises και των Μετατοπίσεων κατά τον οβελιαίο άξονα z. Οι υπό εξέταση μέγιστες τιμές των προαναφερθέντων μεγεθών που προκύπτουν από την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, παρουσιάζουν μείωση στη δεύτερη κατάσταση. Επιπλέον, τα αποτελέσματα της διαφορετικής απόδοσης μηχανικών ιδιοτήτων, μαρτυρούν ότι ο βαθμός ανισοτροπίας και ο τρόπος συσχέτισης του μέτρου ελαστικότητας με την οστική πυκνότητα, επηρεάζουν το αποτέλεσμα της μηχανικής ανάλυσης. Παρόλα αυτά, η συγκριτική αξιολόγηση των δύο διαδοχικών καταστάσεων του σπονδύλου δεν φαίνεται να επηρεάζεται από τον τρόπο ορισμού των μηχανικών ιδιοτήτων. Γενικά, η αλλαγή που παρατηρείται στις αξονικές τομογραφίες της δεύτερης κατάστασης σε σχέση με την πρώτη σε συνδυασμό με τη μεταβολή των υπό εξέταση μεγεθών, ιδιαίτερα της ισοδύναμης Παραμόρφωσης κατά von Mises, οδηγούν στο συμπέρασμα ότι στη δεύτερη κατάσταση ο υπό εξέταση σπόνδυλος καταπονείται λιγότερο που σημαίνει ότι η ακολουθούμενη φαρμακευτική αγωγή έχει θετικά αποτελέσματα. / The purpose of this master thesis is to perform a computational (finite element, FEM) study on the progress of the spinal osteoporosis, between two sequential examinations consisting of CT scanning. For this purpose, two finite element models of the twelfth thoracic vertebra of a patient with osteoporosis were created, one for every examination – before and one year after the prescription of medication – and compression loading was simulated. Moreover, a material sensitivity study has taken place, first on a FE model of a healthy vertebra and then on the two models of the osteoporotic one. All FE models were created with the same methodology. For the comparison of the two sequential examinations, as well as of the different material assignment, three mechanical quantities were used: equivalent von Mises Stress, equivalent von Mises Strain and Displacement on the sagittal axis (z). From the output of FE analysis, it seems that the maximum values of the beforementioned quantities decrease in the second model of the osteoporotic vertebra. Also, it becomes clear that the degree of anisotropy and the correlation of bone mineral density vs. Young’s modulus, significantly affect the output of FE analysis. However, the comparison of the two osteoporotic models is not affected by the material assignment. As a conclusion, there is a remarkable change in the CT scans of the second examination combined with a reduction of the strains in the vertebra - coming as a result of the FE analysis - that shows the positive influence of the prescribed medication.

Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική μελέτη κυμάτων ιονισμού που παράγονται κατά τη δημιουργία ηλεκτρικών εκκενώσεων ψυχρού πλάσματος. Μια πολύ χαρακτηριστική περίπτωση κύματος ιονισμού είναι ο streamer. Προκειμένου να μελετήσουμε τη συμπεριφορά του, αναπτύξαμε ένα δισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο. Σε αυτό το υδροδυναμικό μοντέλο, επιλύθηκαν οι εξισώσεις συνεχείας για τα φορτισμένα σωματίδια της εκκένωσης καθώς και η εξίσωση Poisson για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου. Εξαιτίας των έντονων βαθμώσεων που εμφανίζονται κατά τη διάδοση του streamer χρησιμοποιήθηκαν εξειδικευμένες αριθμητικές τεχνικές. Το μοντέλο αναπτύχθηκε στα πλαίσια των πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας διορθωτές ροών για τη ακριβή περιγραφή των όρων μεταφοράς των υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων συνέχειας. Το μοντέλο μας επιπλέον συγκρίθηκε και με ένα άλλο μοντέλο βασιζόμενο στους πεπερασμένους όγκους. Η συμφωνία που βρέθηκε μεταξύ των δυο μοντέλων ήταν πολύ καλή. Ακολούθως, με τη χρήση του προαναφερθέντος μοντέλου, μελετήσαμε το φαινόμενο του streamer, σε σχετικά μικρά (~1cm) μη ομογενή διάκενα. Διεξήχθησαν εξομοιώσεις τόσο στον αέρα όσο και στο άζωτο σε ατμοσφαιρική πίεση. Εξετάσθηκε η επίδραση της ακτίνας καμπυλότητας της ακίδας, η εφαρμοζόμενης τάσης και ο τύπος του αερίου στο κατά πόσο επηρεάζουν τη μορφολογία του streamer καθώς και τις ιδιότητες του κύματος ιονισμού γενικότερα. Τέλος μελετήθηκε και η αλληλεπίδραση του streamer με το υλικό της καθόδου. / The subject of this work is the theoretical study of the ionization waves that are produced and propagate at cold plasmas gas discharges. One of the most characteristic cases of ionization waves is the streamer and in this work it is investigated thoroughly. In order to elucidate the several physical mechanisms that related to the aforementioned phenomenon a two dimensional hydrodynamic numerical model is implemented. On this model the system of continuity equations for the charged species of the discharge (electrons, ions) coupled with the Poisson equation for the calculation of the electric field is solved numerically. Due to the shock character of the streamer special numerical techniques are adopted. The model is developed on the context of finite elements (FE) by using the flux corrected transport (FCT) algorithm for the accurately description of the transport part of continuity equations. Extended numerical tests are performed to validate correct implementation of FE-FCT. Moreover, our streamer model is also compared with an independent one, based on finite volumes (FV) framework, giving very similar results. By using the numerical model, streamer discharges at relative small, non uniform gaps (point to plane electrodes configuration) are studied. Simulations are performed in atmospheric pressure air and nitrogen. It is examined the influence of the radius of curvature of the tip, the level of applied voltage and the type of the gas, on the morphology of the streamer as well as on the properties of the ionization wave. Special attention is also drawn on the interaction of the streamer with the cathode electrode surface.

Η δυναμική ανάλυση των ηλεκτρικών μηχανών αποτελεί ένα πολύ σημαντικό πεδίο της μελέτης των ηλεκτρομηχανικών συστημάτων. Στην παρούσα διπλωματική θα ασχοληθούμε με τη δυναμική ανάλυση της σύγχρονης μηχανής που συναντάμε στην μετατροπή μεγάλης ποσότητας μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη της συμπεριφοράς της σύγχρονης μηχανής σε περίπτωση μεταβατικών φαινόμενων, καθώς, επίσης, ο προσδιορισμός των μεγεθών, των παραμέτρων και των σταθερών χρόνου της μηχανής, που καθορίζουν τη συμπεριφορά της, στην περίπτωση τέτοιων φαινομένων. Οι χαρακτηριστικές παράμετροι των μεταβατικών και υπομεταβατικών αντιδράσεων και των σταθερών χρόνου της σύγχρονης μηχανής που επιχειρήθηκαν να προσδιοριστούν, χρησιμοποιούνται εδώ και 75 χρόνια, ώστε να δίνουν μια πρώτη προσέγγιση του μεγέθους των ρευμάτων βραχυκυκλώματος καθώς και το ρυθμό με τον οποίο αυτά μειώνονται. Επιπροσθέτως, η γνώση των μεγεθών αυτών δίνει τη δυνατότητα υπολογισμού των μηχανικών καταπονήσεων των τυλιγμάτων του στάτη που είναι αποτέλεσμα των υπερβολικών ρευμάτων που διαρρέουν τη μηχανή κατά τη διάρκεια ηλεκτρικών διαταραχών που υφίστανται οι ακροδέκτες της. / The dynamic analysis of electrical machines constitutes a very important field of the study of electromechanical systems. In the present project we will deal with the dynamic analysis of synchronous machine that we meet in the transformation of mechanical energy into electrical. The goal of present thesis is the study of the behavior of synchronous machine in case of transient phenomena and the determination of the parameters and time constants that determine its operation in such phenomena. The characteristic parameter of transient and subtransient reactances and time constants of synchronous machines that we tried to determine, have been used about 75 years, and for many purposes. Initially, such reactances and time constants were calculated to give both machine designers, and users, of synchronous machines a first-hand knowledge of-short-circuit current magnitudes and their rate of change. Such magnitudes are important in establishing switchgear fault rating. This knowledge also enables mechanical stresses to be calculated between armature winding resulting from excessive currents that occur during electrical disturbances at or near the synchronous machines terminals. In addition, protective schemes could be devised so that relays could be correctly calibrated to trip armature or field circuit breakers, and thus remove faulted machines from the power systems.