Η διαμόρφωση και η πολύπλεξη είναι από τα πιο σημαντικά τμήματα των συστημάτων ψηφιακής μετάδοσης και στόχος τους είναι να επιτύχουν την αποτελεσματική χρήση του καναλιού. Η τεχνική OFDM είναι μια μέθοδος διαμόρφωσης και πολύπλεξης για τη μετάδοση με πολλαπλές φέρουσες σε χρονικώς και συχνοτικώς επιλεκτικά κανάλια. Προσφέρει μεγαλύτερη ανοσία στη Διασυμβολική Παρεμβολή (ISI) και μπορεί να υλοποιηθεί εύκολα με χρήση του γρήγορου μετασχηματισμού Fourier. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στην καλή κατανόηση και παρουσίαση του ασύρματου καναλιού, του ισοδύναμου μοντέλου βασικής ζώνης του, καθώς και των φυσικών παραμέτρων, βάσει των οποίων κατηγοριοποιούμε τα ασύρματα συστήματα. Εξαιτίας των διαλείψεων πολυδιόδευσης, που δεν μπορούν να αποφευχθούν στα ασύρματα συστήματα, η τεχνική OFDM είναι περισσότερο κατάλληλη για αυτά τα συστήματα, παρά για τα ενσύρματα. Στη συνέχεια, προσομοιώνεται ένα σύστημα OFDM για διάφορα είδη καναλιών. Συγκεκριμένα, αρχικά θεωρείται ως περιβάλλον μετάδοσης το κανάλι AWGN και στη συνέχεια, το συχνοτικώς επιλεκτικό, σταθερό κανάλι. Στην επόμενη προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε (συχνοτικώς επιλεκτικό) σταθερό κανάλι με εκθετική κρουστική απόκριση. Στις δύο τελευταίες προσομοιώσεις θεωρήσαμε κανάλι Rayleigh επίπεδης διάλειψης και ένα είδος συχνοτικώς επιλεκτικού καναλιού με διαλείψεις Rayleigh, αντίστοιχα. / Modulation and multiplexing are between the most important parts of a digital transmission system and their goal is to achieve an efficient use of the channel. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is both a modulation and multiplexing method for multicarrier transmission through time and frequency selective channels. It offers a greater immunity to Inter-Symbol Interference (ISI) and can be easily implemented using the fast Fourier transform (FFT). This Diploma thesis aims at the interpretation and the presentation of wireless channel and OFDM technique, in detail. Initially, we described the wireless channel, its baseband equivalent, and the physical parameters that are used to classify the different types of it. Because of the multipath fading which is unavoidable in wireless systems, OFDM is more appropriate for these ones than for wire systems. Then, we simulate an OFDM system. The simulations take place in several types of (wireless) channel. Especially, we firstly considered an AWGN channel and then a frequency-selective, non-fading channel. We also used an exponential frequency-selective, non-fading channel. For the two last simulations we considered the one-tap (flat), Rayleigh fading channel, and a type of frequency-selective, fading channel.

Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι να εξεταστεί η ποιότητα ισχύος ενός μονοφασικού φωτοβολταϊκού συστήματος συνδεδεμένου στο δίκτυο. Αρχικά αναλύονται οι βασικές μονάδες από τις οποίες αποτελείται το φωτοβολταϊκό σύστημα και στη συνέχεια ακολουθεί ο σχεδιασμός και η εξομοίωσή του χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB/Simulink. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή σχετικά με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, την ανάγκη χρησιμοποίησης τους και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν τα φωτοβολταϊκά συστήματα, σε σχέση με τις υπόλοιπες πηγές που υπάρχουν διαθέσιμες σήμερα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ηλιακή ακτινοβολία. Δίνονται στοιχεία για τον ήλιο και το ηλιακό δυναμικό της χώρας μας, ενώ στη συνέχεια εξηγούνται κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη της ηλιακής ακτινοβολίας. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η φωτοβολταϊκή γεννήτρια. Παρουσιάζεται αρχικά το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, ενώ στη συνέχεια γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των ηλιακών κυττάρων, καθώς και της ομαδοποίησης αυτών που οδηγεί στη δημιουργία των φωτοβολταϊκών πλαισίων και κατ’ επέκταση της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι αντιστροφείς, οι οποίοι συνδέουν τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια με το δίκτυο. Αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας τους και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους, δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στην ημιτονοειδή διαμόρφωση πλάτους παλμών που χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η μελέτη και ο σχεδιασμός του φωτοβολταϊκού συστήματος. Καθορίζονται τα μεγέθη και τα χαρακτηριστικά των κυριότερων στοιχείων από τα οποία αποτελείται, ενώ γίνεται αναφορά και στις απαιτήσεις, όσον αφορά την ποιότητα ισχύος, για την σύνδεση με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται όλη η διαδικασία εξομοίωσης του φωτοβολταϊκού συστήματος, χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB/Simulink. Αφού γίνει μία εισαγωγή στο λογισμικό, αναλύεται ο τρόπος δημιουργίας κάθε μέρους από το οποίο αποτελείται το φωτοβολταϊκό σύστημα, δημιουργώντας με αυτόν τον τρόπο το τελικό ολοκληρωμένο μοντέλο εξομοίωσης. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται η εξομοίωση και παρουσιάζονται τα αποτελέσματά της. Σε κάθε στάδιο της εξομοίωσης γίνεται μεταβολή κάποιων σημαντικών παραμέτρων του συστήματος, όπως η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, ο DC πυκνωτής, το φίλτρο εξόδου, το φορτίο και το μήκος της γραμμή διανομής, ενώ παρουσιάζονται και τα αποτελέσματα των μεταβολών αυτών, όσον αφορά την ποιότητα ισχύος. Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζονται κάποια συμπεράσματα και παρατηρήσεις, με βάση τα αποτελέσματα της εξομοίωσης. / The purpose of this thesis is to examine the power quality of single-phase grid-connected photovoltaic system. At first, the basic units of which it is consisted are analysed and then, the whole photovoltaic system is designed and simulated using the software MATLAB/Simulink. The first chapter contains an introduction to renewable energy sources, the reason why they are necessary and the advantages of the photovoltaic systems, in comparison to the other renewable energy sources that are available nowadays. The second chapter deals with solar energy. It is referred to the sun and the high solar potential of Greece, while some typical parameters of solar radiation are explained. The third chapter contains an analysis of a photovoltaic generator. The photovoltaic effect is described, while there is also a detailed description of solar cells and how they are grouped in order to form the photovoltaic panel. The fourth chapter focuses on the inverters, which connect the photovoltaic generator to the grid. It includes an analysis of the way they work and their functional parameters, giving more importance to the sine-wave pulse width modulation (PWM), which was mainly implemented on this thesis. The fifth chapter constitutes the study and design of the photovoltaic system. The values and the parameters of the main parts of which it consists are determined. In addition, the necessary requirements of power quality that should be met, in order to establish a grid connection, are mentioned. The sixth chapter describes the simulation procedure of the photovoltaic system, using the software MATLAB/Simulink. It contains an introduction to the software and an analytical description of the way each part of the photovoltaic system was created, in order to form the complete simulation model. The seventh chapter contains the simulation and its results. The simulation includes various stages, on which critical parameters of the photovoltaic system, such as the solar radiation, the DC capacitor, the output filter, the load and the length of distribution line are changed, in order to see how these changes affect the power quality. The eighth chapter includes some comments and conclusions, regarding the results of the simulation.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την μοντελοποίηση και προσομοίωση της συμπεριφοράς ενσύρματων τηλεπικοινωνιακών καναλιών. Αρχικά, αναλύθηκε το θεωρητικό υπόβαθρο των ενσύρματων τηλεπικοινωνιακών καναλιών και αναπτύχθηκαν τα βασικά μοντέλα που υλοποιήθηκαν στην διπλωματική εργασία. Στην συνέχεια, περιγράφηκε η πλατφόρμα ανάπτυξης STM32-H107 όπου πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση του συστήματος και αναλύθηκαν τα βασικά περιφερειακά του επεξεργαστή που χρησιμοποιήθηκαν. Στις τελευταίες ενότητες, αναλύθηκαν το γραφικό περιβάλλον του χρήστη, το σύστημα που τρέχει στην πλατφόρμα και η επικοινωνία μεταξύ των δύο, ενώ μετρήθηκε η αξιοπιστία του συστήματος μέσα από μετρήσεις και σύγκριση των επιθυμητών τιμών SNR που εισήγαγε ο χρήστης με αυτές που επιτύγχανε το σύστημα. / This master thesis deals with the modeling and the simulation of wired telecommunication channels’ behavior. Firstly, the theoretical background of wired telecommunication channels was explained and their basic models were developed. Also, the development board STM32-H107, which was used for the simulation of the system, was described, and the basic processor’s peripherals were analyzed. In the final chapters, the graphical user interface and the application which run on the board, as well as their communication, were presented. System’s reliability was evaluated through comparing the real SNR with the desired SNR.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η αριθμητική μέθοδος προσομοίωσης μεγάλων κυμάτων (LWS), για τη μελέτη της τυρβώδους ροής που αναπτύσσεται κατά τη θραύση κυμάτων (θραύση εκχείλισης) πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης. Κατά τη μέθοδο LWS, οι μεγάλες κλίμακες των τυρβωδών διακυμάνσεων της ταχύτητας και της ελεύθερης επιφάνειας επιλύονται αριθμητικά, ενώ η επίδραση των μικρών κλιμάκων λαμβάνεται υπόψη με τη χρήση υποπλεγματικού (subgrid scale ή SGS) μοντέλου τάσεων, αντίστοιχο της μεθόδου προσομοίωσης μεγάλων δινών LES. Η θραύση εκχείλισης προσομοιώνεται από τη δράση των SGS τάσεων, οι οποίες δημιουργούν το στρόβιλο θραύσης και παράγουν εγκάρσια στροβιλότητα στο μέτωπο του κύματος. Η μέθοδος LWS εφαρμόζεται σε σύζευξη με τις εξισώσεις Euler και των αντιστοίχων μη-γραμμικών οριακών συνθηκών. Επιπλέον, ως σημείο αναφοράς χρησιμοποιείται η προσομοίωση της θραύσης εκχείλισης με μοντέλο επιφανειακού στροβίλου, κατά το οποίο η επίδραση του στροβίλου θραύσης υπολογίζεται εμπειρικά. Το μοντέλο προσαρμόζεται στις εξισώσεις δισδιάστατης μη συνεκτικής ροής, με τη χρήση κατάλληλα τροποποιημένων οριακών συνθηκών. Παρουσιάζονται αποτελέσματα δισδιάστατης ροής, κατά τη θραύση κύματος κάθετα στην ακτογραμμή, και τρισδιάστατης ροής, κατά τη θραύση κύματος κάθετα και υπό γωνία ως προς την ακτογραμμή. Γενικά, τα αποτελέσματα της ελεύθερης επιφάνειας και του πεδίου ταχυτήτων στη ζώνη απόσβεσης, κατά την θραύση κυμάτων κάθετα στην ακτογραμμή και πάνω από πυθμένα κλίσης 1/35, δείχνουν ικανοποιητική συμφωνία με τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις. Ωστόσο, παρά την ασθενή μεταβολή της ροής εγκάρσια στην ακτογραμμή, παρατηρείται ότι, λόγω της τρισδιάστατης δομής του στροβίλου, ο μηχανισμός της θραύσης προσομοιώνεται ικανοποιητικότερα από τη μέθοδο LWS, όταν αυτή συνδυάζεται με τρισδιάστατο πεδίο ροής. Τέλος, εξετάζεται η διάδοση και η θραύση κυμάτων πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης 1/35, τα οποία προσπίπτουν στην ακτογραμμή υπό γωνία 42,45 μοιρών σε μεγάλο βάθος. Οι κορυφογραμμές του κύματος θραύονται σταδιακά και η δράση των SGS τάσεων παράγει εγκάρσια και διαμήκη στροβιλότητα. Ο στρόβιλος θραύσης αναπτύσσεται κατά μήκος των θραυομένων κορυφογραμμών, με γωνία προσανατολισμού αντίστοιχη της γωνίας πρόσπτωσης κύματος στη γραμμή θραύσης. / A method named Large Wave Simulation is presented, for the study of turbulent flow that develops during wave breaking (spilling breakers) over a constant-slope bed. According to LWS method, large scales of velocity field and free-surface elevation are numerically resolved, whereas the corresponding subgrid scale (SGS) effects are accounted for by a SGS stress model, equivalent to the ones used in Large Eddy Simulation (LES) method. Spilling breaking is simulated by a SGS stress field that creates an eddy breaker and produces spanwise vorticity at the breaking wave front. LWS method is used in conjuction with the Euler equation and the corresponding nonlinear boundary conditions. Moreover, as a reference, a surface roller (SR) model is used for the simulation of spilling breaking, which necessitates empirical parameters, for the calculation of the eddy breaker effect. The SR model is adapted for two-dimensional, inviscid but rotational free-surface flow, by use of appropriately modified boundary conditions. Results of two-dimensional flow during breaking waves, propagating perpendicularly to the shoreline, are presented, as well as results of threedimensional flow during breaking waves, propagating perpendicularly and obliquely to the shoreline. In the case of waves breaking perpendicularly to the shoreline over a constant slope (1/35) bed, free-surface elevation and velocities results are in accordance with existing experimental data. However, despite of the flow being weakly dependent to the cross-shore direction, due to the fact that the eddy breaker is three-dimensional, LWS method performs better when combined with a three-dimensional flow field. Finally, oblique wave propagation (42,45 degrees at deep water) and breaking over a constant-slope (1/35) bed is simulated. Wave crestlines break gradually and the effect of the SGS stress field produces spanwise (longshore) and streamwise (cross-shore) vorticity. The eddy breaker develops along the breaking wave front and its orientation follows the shape of the breaking crestlines.

Αναφορές για την υποξία ή ακόμη και την ανοξία, υπήρχαν παγκοσμίως σε όλη τη διάρκεια των γεωλογικών ετών. Ωστόσο, η αρνητική τάση της συγκέντρωσης του οξυγόνου στις θάλασσες, που καταγράφεται μετά το 1950, σε συνδυασμό με τις αυξημένες διαστάσεις που λαμβάνει καθημερνά η υποξία, αλλά και τις δυσοίωνες προβλέψεις για ετήσια μελλοντική μείωση των συγκεντρώσεων του οξυγόνου, έχουν οδηγήσει στο χαρακτηρισμό της ως ένα παγκόσμιο πρόβλημα. Ο συνδυασμός φυσικών και ανθρωπογενών διεργασιών, αλλά και οι αρνητικές επιδράσεις του ευτροφισμού, ως αποτέλεσμα της παροχής μεγάλων ποσοτήτων θρεπτικών αλάτων αζώτου και φωσφόρου, σχετίζονται άμεσα με την παγκόσμια αύξηση των υποξικών περιοχών. Ανάμεσα στα πιο επιρρεπή περιβάλλοντα στην εμφάνιση υποξικών/ανοξικών συνθηκών είναι οι ημί-κλειστοι κόλποι. Η επικράτηση ή ακόμη και η εκδήλωση υποξικών συνθηκών σε ένα τέτοιο περιβάλλον, εκτός από την αρνητική επίδραση που έχει στους οργανισμούς και τα ενδιαιτήματά τους, επηρεάζει άμεσα αφενός την τροφική αλυσίδα και αφετέρου τις βιογεωχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του. Ο Αμβρακικός Κόλπος, αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα ημί-κλειστου κόλπου, τύπου φιόρδ, στη Μεσόγειο, εφόσον το μοναδικό σημείο επικοινωνίας του με την ανοιχτή θάλασσα είναι ο στενός δίαυλος του Ακτίου. Παρά τη σημαντικότητα του συγκεκριμένου περιβάλλοντος, η εξέλιξη και η ανάπτυξη του ανθρώπινου παράγοντα, έχουν οδηγήσει το οικοσύστημα του κόλπου σε ιδιαίτερα οριακό σημείο, υποβαθμίζοντας συνεχώς την ποιότητα των υδάτων του. Σκοπό της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής, αποτέλεσε η παρακολούθηση, κατανόηση και ερμηνεία του τρόπου λειτουργίας ενός Μεσογειακού κλειστού κόλπου, συμπεριλαμβανομένης της υδροδυναμικής κυκλοφορίας και των φυσικοχημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του, καθώς επίσης και η ανάδειξη της δυναμικής και του μηχανισμού δημιουργίας της υποξικής/ανοξικής ζώνης που χαρακτηρίζει ένα τέτοιο περιβάλλον. Για την επίτευξη των προαναφερθέντων, πραγματοποιήθηκε συστηματική παρακολούθηση των φυσικοχημικών, ωκεανογραφικών και μετεωρολογικών χαρακτηριστικών του συστήματος του Αμβρακικού, μέσω μιας σειράς εποχιακών και διμηνιαίων δειγματοληψιών, συνολικής διάρκειας δύο ετών. Επιπρόσθετα, για τις ανάγκες της μελέτης της υδροδυναμικής κυκλοφορίας του κόλπου, προσομοιώθηκε η κυκλοφορία του, χρησιμοποιώντας ένα κατάλληλο τρισδιάστατο αριθμητικό ομοίωμα. Η βαθμονόμηση, η επαλήθευση και η προσομοίωση της υδροδυναμικής του Αμβρακικού, πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα, τα οποία και συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των διετών δειγματοληψιών. Η μόνιμη στρωμάτωση της υδάτινης στήλης του κόλπου, σε όλη τη διάρκεια του έτους, ως αποτέλεσμα της παροχής μεγάλων ποσοτήτων γλυκού νερού επιφανειακά, σε συνδυασμό με τον εμπλουτισμό της υδάτινης στήλης με θρεπτικά στοιχεία, είναι οι σημαντικότερες διεργασίες οι οποίες οδήγησαν στην περεταίρω υποβάθμιση του συστήματος τα τελευταία τριάντα χρόνια. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτής, είναι η επικράτηση πλέον υποξικών συνθηκών στο μεγαλύτερο τμήμα του κόλπου, καθώς επίσης και η εποχιακή εμφάνιση ανοξικών συνθηκών στο βαθύτερο στρώμα της υδάτινης στήλης. Η δυναμική της υποξικής ζώνης, η οποία αναπτύσσεται στο εσωτερικό του κόλπου, εκφράζεται μέσω ενός ιδιαίτερα γνώριμου προτύπου κυρίως σε παρόμοια περιβάλλοντα (τύπου φιόρδ) των Σκανδιναβικών χωρών, ωστόσο, σπάνιου ή ακόμη και πρωτόγνωρου για τα Μεσογειακά δεδομένα. Η εισροή των υδάτων της ανοιχτής θάλασσας, η οποία λαμβάνει χώρα σαν ένα ρεύμα, πυκνού νερού κοντά στο πυθμένα, είναι η κύρια αιτία εμπλουτισμού των βαθύτερων στρωμάτων του κόλπου με οξυγόνο. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα η υδάτινη στήλη να οξυγονώνεται από τα βαθύτερα προς τα ρηχότερα τμήματα αυτής και ένα στρώμα νερού υποξικών/ανοξικών συνθηκών να επιπλέει σε ενδιάμεσα βάθη. Η προσομοίωση της ετήσιας υδροδυναμικής κυκλοφορίας του Αμβρακικού, ενός συστήματος με τόσο ιδιαίτερα μορφολογικά και υδρολογικά χαρακτηριστικά, βοήθησε στην κατανόηση και περιγραφή των υδροδυναμικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα ετησίως και ελέγχουν την οξυγόνωση του βαθύτερου τμήματος της υδάτινης στήλης. Ανάμεσα στις πιο σημαντικές συγκαταλέγονται η διαφορά πυκνότητας μεταξύ των υδάτων της ανοιχτής θάλασσας και του βαθύτερου τμήματος του Αμβρακικού, η οποία σε συνδυασμό με την έκταση του πυκνοκλινούς και την παροχή γλυκού νερού από του δύο ποταμούς που εκβάλλουν στο εσωτερικό, ελέγχουν το βάθος της εισροής και κατ’ επέκταση το βαθμό της οξυγόνωσης του βαθύτερου στρώματος του κόλπου. Από την ολοκληρωμένη παρακολούθηση των χημικών χαρακτηριστικών της υδάτινης στήλης, την εκτίμηση της ποιότητας και της τροφικής κατάστασης των υδάτων του Αμβρακικού, προέκυψε στο συμπέρασμα ότι τελικά ο Αμβρακικός, είναι ένα μεσοτροφικό και εποχιακά ευτροφικό περιβάλλον. Ο ευτροφικός χαρακτήρας του κόλπου, χρονικά συνδέεται άμεσα με την περίοδο των μέγιστων παροχών των ποταμών, υποδεικνύοντας την καθοριστική συμβολή τους στην ποιότητα των υδάτων του κόλπου. / Hypoxic or even anoxic references existed globally throughout the geological age. However, the negative trend of the oxygen concentration is recorded after 1950. This, in combination with the increased dimensions that hypoxia is daily receiving and also ominous predictions for the future annual reduction of its concentrations, have led to the characterization as a global problem. The combination of natural and anthropogenic processes and also the negative effects of eutrophication as a result of the enrichment with large amounts of nutrients, such as nitrogen and phosphorus, are directly related to the global increase of hypoxic areas. Among the most prone environments in appearance of hypoxic / anoxic conditions are semi-enclosed bays. The dominance or even the appearance of hypoxic conditions in such an environment, apart from the negative impact that it has on organisms and their habitats, directly affects both the food chain and also the biogeochemical processes that take place inside it. Amvrakikos Gulf, is a characteristic example of semi-enclosed bay, fjord-type, in the Mediterranean Sea, as its only connection with the open sea is the narrow inlet of Aktio. Despite the importance of this environment, the evolution and development of human factors have led the ecosystem of the gulf in particular boundary point, degrading constantly the water quality. The main purpose of this thesis, has been the monitoring, understanding and interpretation the mode of operation of a Mediterranean semi-enclosed bay, including hydrodynamic circulation and physicochemical processes that take place inside, as well as highlighting of dynamic and forming mechanism of hypoxic / anoxic zone which characterizes such an environment. In order the above targets to be achieved, a systematic monitoring of physico-chemical, oceanographic and meteorological characteristics of Amvrakikos Gulf takes place, through a series of seasonal and bimonthly samplings, of two years duration. Additionally, for the purposes of the study of hydrodynamic circulation, an appropriate three-dimensional hydrodynamic model was used. The calibration and verification of the hydrodynamic model and the simulation of the hydrodynamic circulation takes place using data, which were collected during the two-year sampling. The permanent stratification of the water column , throughout the year, as a result of the surface enrichment with large quantities of fresh water ,in combination with the water column' s enrichment with nutrients, are the most important processes which lead to further degradation of the system over the last thirty years. The main characteristics of this degradation are the dominance of hypoxic conditions in the greater part of the gulf, and the seasonal occurrence of anoxic conditions in the deepest layer of the water column. The dynamics of the hypoxic zone, which grows inside the gulf, expressed through a very familiar pattern mainly in similar environments (fjord-type) of the Scandinavian countries, however, it is rare or even unprecedented for the Mediterranean area. The inflow of waters of the open sea, which occurs as a stream of dense water near the bottom, is the main reason of enrichment of the deepest layers of the bay with oxygen. This has resulted in the water column to be oxygenated from its deepest to the shallowest parts and a water layer with hypoxic / anoxic conditions to be floated at intermediate depths. The simulation of the annual hydrodynamic circulation of Amvrakikos Gulf, a system with both morphological and hydrological characteristics, helped the understanding and description of hydrodynamic processes that take place annually and monitor the oxygenation of the deepest parts of the water column. Among the most important processes are included the density difference between the waters of the open sea and the deepest part of Amvrakikos Gulf, which combined with the extent of pycnocline and supply of fresh water from the two rivers that flow inside, control the depth of the input and consequently the degree of oxygenation of the deeper layer of the gulf. The comprehensive monitoring of the chemical characteristics of the water column, the assess of the quality and trophic status of waters of Amvrakikos Gulf have shown that eventually Amvrakikos Gulf is a mesotrophic and seasonally eutrophic environment. The eutrophic character of the gulf, is directly related to the period of maximum discharges of rivers, indicating the vital contribution to the water quality of the bay.

Η παρουσία της βλάβης διάβρωσης στις αεροπορικές δομές, έχει αποδειχθεί ότι συμβάλλει σημαντικά στην υποβάθμιση της δομικής τους ακεραιότητας. Ταυτόχρονα, οι χρονοβόρες και αυξημένου κόστους διεργασίες και έλεγχοι που πραγματοποιούνται για την αποφυγή ή την επιδιόρθωση της διάβρωσης δεν είναι πάντα αποδοτικές. Στην τρέχουσα βιομηχανική πρακτική, σε περιπτώσεις στατικής φόρτισης, η βλάβη διάβρωσης αντιμετωπίζεται θεωρώντας ότι έχει επέλθει μείωση της φέρουσας διατομής ίση με το βάθος της διαβρωτικής προσβολής και ακολουθεί εκ νέου υπολογισμός των τάσεων. Στις δυναμικές φορτίσεις, τα τρήμματα θεωρούνται ως πιθανά σημεία έναρξης των ρωγμών κόπωσης. Όμως, παρά την αναγνώριση της διάβρωσης ως έναν από τους μηχανισμούς που επιδρούν αρνητικά στη δομική ακεραιότητα μιας αεροπορικής δομής, ούτε και στον σχεδιασμό των αεροπορικών κατασκευών με ανοχή στη βλάβη, ο οποίος είναι ο σύγχρονος τρόπος σχεδιασμού και βασίζεται στις αρχές της θραυστομηχανικής, η βλάβη διάβρωσης λαμβάνεται υπόψη. Ως αποτέλεσμα, η επίδραση της διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα των υλικών κάποιες φορές υποεκτιμάται. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να συμβάλλει στην ανάπτυξη ικανοτήτων για την εκτίμηση της υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων του διαβρωμένου υλικού με δεδομένα τα μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά της βλάβης διάβρωσης. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία η οποία επιτρέπει την υπολογιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς εφελκυσμού του διαβρωμένου υλικού με δεδομένα τα μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά της βλάβης διάβρωσης. Η εργασία περιλαμβάνει ένα πειραματικό και ένα υπολογιστικό σκέλος. Το πειραματικό σκέλος περιλαμβάνει την εκτενή μεταλλογραφική μελέτη της βλάβης διάβρωσης, τη διεξαγωγή μηχανικών δοκιμών εφελκυσμού και τη μελέτη των επιφανειών θραύσης για την αναγνώριση των φυσικών μηχανισμών της βλάβης σε δοκίμια προ-διαβρωμένα για διαφορετικούς χρόνους έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον. Τα κύρια αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας συνοψίζονται ως εξής: Η βλάβη διάβρωσης συσσωρεύεται βαθμιαία και εξελίσσεται, σε συνάρτηση με τον χρόνο έκθεσης, από τρημματική σε διάβρωση αποφλοίωσης. Οι μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού στο διαβρωμένο υλικό έδειξαν μια μέτρια υποβάθμιση των ιδιοτήτων αντοχής, αλλά ταυτόχρονα μια σημαντική πτώση των ιδιοτήτων ολκιμότητας. Η μελέτη των επιφανειών θραύσης ανέδειξε την ύπαρξη ψαθυροποιημένων περιοχών κάτω από το στρώμα διάβρωσης. Η ύπαρξη τέτοιων ψαθυροποιημένων ζωνών έχει αποδοθεί από προηγούμενες εργασίες στην προσρόφηση υδρογόνου που παράγεται κατά την διαδικασία της διάβρωσης. Το υπολογιστικό σκέλος περιλαμβάνει την ανάπτυξη μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων σε μίκρο και μάκρο-κλίμακα. Για την προσομοίωση της συμπεριφοράς εφελκυσμού του διαβρωμένου υλικού σε μίκρο-κλίμακα αναπτύχθηκε μια Αντιπροσωπευτική Μοναδιαία Κυψελίδα (Representative Unit Cell) που περιλαμβάνει τρήμματα αντιπροσωπευτικά του χρόνου έκθεσης σε διαβρωτικό περιβάλλον. Η τοπικά υποβαθμισμένη συμπεριφορά εφελκυσμού του υλικού, λόγω της ύπαρξης των τρημμάτων, προσδιορίζεται από τις αντιπροσωπευτικές μοναδιαίες κυψελίδες και εισάγεται τοπικά σε ένα μοντέλο μάκρο-κλίμακας. Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη την διαφορετική ένταση της βλάβης διάβρωσης στις διάφορες περιοχές του δοκιμίου. Τα αποτελέσματα του μοντέλου έδειξαν ικανοποιητική σύγκλιση με τις μηχανικές δοκιμές σε ότι αφορά στις ιδιότητες αντοχής. Αντίθετα, έδειξαν υποτίμηση της πειραματικά παρατηρούμενης μείωσης των ιδιοτήτων ολκιμότητας. Η υποτίμηση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι το μοντέλο, κα' αρχήν, δεν λαμβάνει υπόψη τους φυσικούς μηχανισμούς της ψαθυροποίησης του υλικού λόγω διάβρωσης. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε αποτελεί βήμα για τη σύνδεση της βλάβης διάβρωσης με τις απομένουσες μηχανικές ιδιότητες του υλικού και, επομένως, την ασφαλέστερη εκτίμηση της απομένουσας αντοχής διαβρωμένων αεροπορικών δομών. / Corrosion damage accumulation represents a major threat for the structural integrity of metallic aircraft structures and moreover has a strong effect on the load bearing capacity of aging aircraft structures. Corrosion damage is evaluated by means of metallographic features such as pitting density, depth and shape of pits, onset of exfoliation, etc. For the case of static loading, corrosion damage is usually accounted through reducing the metal thickness by the depth of corrosion attack and then calculating the corresponding stress increase. For the case of fatigue, corrosion pits are considered as possible onsets for fatigue cracks. The aim of the present PhD thesis is to contribute to establish a link between the metallographic features of corrosion damage and the degradation of the mechanical properties of a corroded material. Towards this objective, a methodology is developed which allows the numerical simulation of the tensile behavior of the corroded material based on the metallographic features of the corrosion damage. The present work is divided in two parts: a) the experimental investigation and b) the numerical analysis. The experimental part includes an extensive metallographic investigation of the occurring corrosion damage. Moreover, tensile tests were performed on the pre-corroded material which was exposed to the corrosive solution for several exposure periods. Finally, an examination of the fracture surfaces for the identification of the physical mechanisms of the damage has also been conducted. The main conclusion extracted from the metallographic procedure is that corrosion damage evolves from pitting to exfoliation progressively. The tensile tests performed on the pre corroded material revealed a moderate reduction concerning the tensile strength but a significant degradation of the tensile ductility even after short exposure periods. The examination of the fracture surfaces revealed the presence of quasi-cleavage zones beneath the depth of corrosion attack. The formation of these zones has been attributed by previous investigations to hydrogen diffusion and trapping into the corroded material during the corrosion process. The simulation procedure involves the development of a multi scale finite element model. The corrosion damage has been accounted for by introducing 3D Representative Unit Cells (RUCs) developed in the micro scale, with geometrical characteristics obtained by the metallographic analysis data of the corroded material. The degradation of the Representative Unit Cell’s mechanical properties due to the presence of the damage has been recorded. A 3D Finite Element model of a tensile specimen has been developed. This model has been used to simulate the tensile behavior of the corroded material, by including elements with degraded properties extracted from the RUC analysis. For the different exposure times RUCs with different geometrical characteristics were used so as to account for the evolving corrosion damage. The simulation results correlate well with the respective tensile behavior of the alloy obtained by the mechanical tests. As far as tensile ductility is concerned a significant deviation was observed, due to the fact that the finite element model does not account for the embrittlement of the material due to hydrogen absorption. The developed methodology represents a step towards the establishment of a link between the metallographic features of the corrosion damage and the residual mechanical properties of the material, and thus the more reliable estimation of the residual strength of the corroded aircraft structures.

Στην παρούσα εργασία μελετάται αριθμητικά η ροή σε σήραγγα υπό συνθήκες ελεύθερης επιφάνειας και έντονης κλίσης πυθμένα 1:10. Διερευνάται η δυνατότητα μείωσης της ταχύτητας ροής μέσω κατακόρυφων, πλευρικών στοιχείων τραχύτητας. Συγκεκριμένα γίνεται τρισδιάστατη προσομοίωση της ροής με χρήση του μοντέλου ANSYS – Fluent και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με εκείνα που προέκυψαν από αντίστοιχο πείραμα που πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Αφορμή για το συγκεκριμένο σχεδιασμό αποτέλεσε η διερεύνηση της εκτροπής των πλημμυρικών παροχών από ορεινή λεκάνη σε κατάντη ταμιευτήρα μέσω σήραγγας και συγκεκριμένα από το οροπέδιο Λασιθίου στον ταμιευτήρα του φράγματος Αποσελεμή. Με δεδομένα τα ανωτέρω, επιθυμείται να αποφευχθεί η κατασκευή βαθμίδων ή στοιχείων τραχύτητας στον πυθμένα και, επομένως, απαιτείται η μόρφωση «πτυχώσεων» στα τοιχώματα έτσι ώστε να αναπτυχθεί δευτερογενής ροή και με εισρόφηση αέρα. Η αποτελεσματικότητα του σχεδιασμού διερευνήθηκε σε υδραυλικό ομοίωμα κλίμακας 1:12.5 που βασίσθηκε σε συνθήκες δυναμικής ομοιότητας κατά Froude για χαρακτηριστικές τιμές παροχής. Η επεξεργασία των μετρήσεων έδειξε ότι με κατάλληλη διάταξη πλευρικών στοιχείων τραχύτητας ελέγχεται η τιμή της ταχύτητας και ικανοποιείται η απαίτηση μεγίστου βάθους ροής σε σχέση με τις διαστάσεις της σήραγγας. Για την υπολογιστική επίλυση του προβλήματος αξιοποιήθηκαν οι εξισώσεις Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), ενώ για το κλείσιμο της τύρβης χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο δυο εξισώσεων k-ω, το οποίο επεξηγείται αναλυτικά. Η διαχείριση της ελεύθερης επιφάνειας έγινε με τη μέθοδο Volume of Fluid (VOF), ενώ η αριθμητική επίλυση βασίστηκε στη μέθοδο των πεπερασμένων όγκων και πραγματοποιήθηκε με το υπολογιστικό πακέτο Fluent CFD της ANSYS inc. Για την ροή στον υπό εξέταση αγωγό η ροή είναι υπερκρίσιμη με κλίση πυθμένα S_0=0.10. Για λόγους ελέγχου της ακρίβειας της αριθμητικής μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε, αρχικά επιλύθηκε η περίπτωση τρισδιάστατου καναλιού ορθογωνικής διατομής χωρίς πλευρικά στοιχεία τραχύτητας και τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με αναλυτικά αποτελέσματα μονοδιάστατης ροής (κατακόρυφο επίπεδο) υπεράνω επίπεδου πυθμένα. Τα αποτελέσματα βρέθηκαν σε καλή συμφωνία μεταξύ τους, γεγονός που επιβεβαίωσε την καταλληλότητα της μεθόδου. Για το τρισδιάστατο πρόβλημα με τα κατακόρυφα πλευρικά στοιχεία τραχύτητας, η ανάλυση έδειξε ότι το διάμηκες προφίλ της ελεύθερης επιφάνειας παρουσιάζει κυματισμούς σε όλη την περιοχή των στοιχείων τραχύτητας. Το βάθος ροής κατέρχεται σταδιακά από το αρχικό κρίσιμο βάθος μέχρι να φθάσει στο επίπεδο του βάθους των 0.06 m, το οποίο δεν είναι το ομοιόμορφο βάθος αφού η ροή συνεχίζει να επιταχύνεται. Επιπροσθέτως, παρατηρήθηκε η δημιουργία μιας περιοχής ανακυκλοφορίας της ροής ανάμεσα στα πλευρικά στοιχεία τραχύτητας. Τα αποτελέσματα που πρόεκυψαν από το αριθμητικό μοντέλο συγκρίθηκαν με τα πειραματικά αποτελέσματα και η συμφωνία μεταξύ αριθμητικών προβλέψεων και πειραματικών δεδομένων είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική. / A three-dimensional CFD numerical model has been utilized to simulate the 3D free-surface flow under supercritical flow conditions in a 10% sloping channel over vertical roughness elements on the side walls. The effectiveness of vertical roughness elements on the side walls is investigated, with the aim to reduce flow velocity in the tunnel. The program, ANSYS Fluent, solves the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations on an unstructured five-hedral grid using PISO method and the flow is treated as steady while the k-omega model is used as turbulence model. The numerical simulation has been based on the Volume of Fluid method (VOF) approach. Available experimental measurements of the free-surface in a sloping channel, under various supercritical flow regimes, have been used to validate the proposal numerical methodology. These experiments were conducted at the Hydraulic Engineering Laboratory of the Civil Engineering Department, University of Patras. In all test cases the 3D numerical model gives reasonable comparisons with measurements for the water depth.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξερευνά την αξιοποίηση εκπαιδευτικού λογισμικού ανοικτού κώδικα για την υποστήριξη της διδασκαλίας των μαθημάτων της «Αρχιτεκτονικής υπολογιστή» και του «Μικροπρογραμματισμού». Μετά από μία προσεκτική έρευνα επιλέγεται το MythSim, το οποίο και προσαρμόζεται κατάλληλα στην ελληνική γλώσσα. Το λογισμικό αξιολογείται για την παιδαγωγική και εκπαιδευτική αξιοποίησή του, ενώ σχεδιάζεται και ένα πλήρες σύνολο δραστηριοτήτων με σκοπό να μυήσουν σταδιακά τον μαθητευόμενο στον προγραμματισμό σε χαμηλό επίπεδο. / This diploma exploits the benefits of an educational open source software in supporting the teaching of "Computer architecture" and "Microprogramming". After a careful search the MythSim software is selected and adapted to the modern greek language. The software is evaluated for its pedagogical and educational use and a complete set of activities is designed to gradually initiate the student in low-level programming.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή επιχειρείται μία αντιμετώπιση του προβλήματος της μοντελοποίησης πολυμερών σε πολλαπλές κλίμακες μήκους και χρόνου μέσα από την ανάπτυξη και εφαρμογή νέων αλγορίθμων που, σε συνδυασμό με τους ήδη υπάρχοντες, μπορούν να προσφέρουν μια καθαρή εικόνα για τους δεσπόζοντες μηχανισμούς που καθορίζουν την συμπεριφορά του συστήματος καθώς και να παράσχουν έγκυρες προβλέψεις για τις ιδιότητες δομής, ισορροπίας και διαπερατότητας/φραγής των πολυμερών. / -

Στα πλαίσια της συγκεκριμενης διδακτορικής διατριβής, δύο μοντέλα προσομοίωσης Monte Carlo επεκτάθηκαν ώστε να συμπεριλάβουν γεωμετρίες μεγέθυνσης και διάφορες περιεκτικότητες μαστού σε μαζικό αδένα, και χρησιμοποιήθηκαν με σκοπό τη βελτιστοποίηση των μεγεθυντικών λήψεων στη μαστογραφία. Με τα μοντέλα αυτά έγιναν δοσιμετρικές μελέτες, καθώς επίσης και μελέτες για την ποιότητα εικόνας. Πιο συγκεκριμένα, η δοση στο μαζικό αδένα του μαστού, η οποία συνδέεται άμεσα με την πιθανότητα καρκινογέννεσης κατά τη διάρκεια της μαστογραφίας, βρέθηκε να αυξάνει με το βαθμό μεγέθυνσης κυρίως λόγω του νόμου αντιστρόφου τετραγώνου της απόστασης. Ο λόγος αντίθεσης προς το θόρυβο επίσης αυξάνει με το βαθμό μεγέθυνσης. Ωστόσο, ο ρυθμός αύξησης είναι μεγαλύτερος για μεγέθυνση μέχρι 1.4. Με την εισαγωγή ενός δείκτη απόδοσης ο οποίος είναι συνάρτηση του επιθυμητού κέρδους (εκφραζόμενο από το CNRν) και του κόστους (εκφραζόμενο από τη δόση) διάφορες παράμετροι έκθεσης (βαθμός μεγέθυνσης και φάσμα) αποτιμήθηκαν υπό συνθήκες μεγέθυνσης. Ο βαθμός μεγέθυνσης 1.3 βρέθηκε να έχει την καλύτερη απόδοσηγια όλους τους συνδυασμούς υλικών ανόδου/φίλτρου που μελετήθηκαν. Διάφοροι συνδυασμοί όπως οι W/0.050mmAl, Rh/0.51mmAl, W/0.030mmRh, Rh/0.029mmRh, Rh/0.030mmRu και Mo/0.029mmRh θα μπορούσαν να ανταγωνιστούν το Mo/0.030mmMo σε γεωμετρίες επαφής. Ωστόσο, όταν εφαρμόζεται η τεχνική της μεγέθυνσης και ειδικά βαθμός μεγαλύτερος από 1.3, το Mo/0.030mmMo έχει τη μεγαλύτερη συνολική απόδοση μεταξύ των συνδυασμών που μελετήθηκαν. Επιπλεον, μελετήθηκε η επίδραση του μεγέθους της εστίας και της κατανομής εκπεμπόμενης ακτινοβολίας ακτίων-χ στη χωρική διακριτική ικανότητα υπό συνθήκες μεγέθυνσης, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της αιχμής. Εστίες μεγαλύτερες από 0.12 mm θα έπρεπε να χρησιμοποιούνται μόνο για προληπτικές μαστογραφίες, ειδικά όταν συνδυάζονται με ομοιόμορφες ή κανονικές κατανομές διπλής κορυφής. Εστίες των 0.04 mm ή και ακόμα μικρότερες, συνδυασμένες με κανονικές κατανομές μονής κορυφής και μικρής τυπικής απόκλισης οδηγούν σε αποδεκτές τιμές διακριτικής ικανότητας με βάση τους διεθνείς κανονισμούς, ακόμα και σε μεγάλους βαθμούς μεγέθυνσης. Τέλος, βρέθηκε ότι η διακριτική ικανότητα υποβαθμίζεται με τη μεγέθυνση λόγω της γεωμετρικής ασάφειας. / In the framework of this doctorate thesis, two simulation models based on Monte Carlo were expanded in order to include magnification geometries and various breast compositions, and were utilized aiming to study and optimize the magnification views in mammography. With the use of these models, dosimetric as well as image quality characteristics were evaluated and combined in order to come into conclusions. More specifically, the dose in the glandular tissue of the breast, which is directly associated with the carcinogenic risk during mammography, was found to increase with the degree of magnification, mainly due to the inverse square law. Contrast to Noise Ratio also increases with magnification. However, the increase rate is higher for magnification up to 1.4. With the introduction of a Performance Index, which is a function of the desirable benefit (expressed by the (CNR)ν) and the cost (expressed by the dose), several exposure and design parameters (degree of magnification, spectrum) were evaluated under magnification conditions. Degree of magnification 1.3 was found to have the best overall performance for all the anode/filter combinations considered. Several combinations like W/0.050mmAl, Rh/0.51mmAl, W/0.030mmRh, Rh/0.029mmRh, Rh/0.030mmRu and Mo/0.029mmRh can compete with the Mo/0.030mmMo under contact geometry. However, when magnification is performed and especially degree higher than 1.3, Mo/0.030mmMo has the best overall performance between the anode/filter combinations considered. Moreover, the effect of focal spot size and x-ray intensity distribution on the spatial resolution was studied under magnification, using the edge method. Focal spots larger than 0.12 mm should be utilized only for screening mammography, especially when combined with uniform or double Gaussian intensity distributions. Small focal spots of 0.04 mm or less, combined with Gaussian distribution result in acceptable values of spatial resolution, according to the international regulations, even for high degrees of magnification. Finally, a degradation of the spatial resolution was found with the degree of magnification, which is mainly caused by the geometrical unsharpness.