Σκοπός της παρούσας εργασίας ειδίκευσης ήταν η παρασκευή νανοσύνθετων υλικών οργανικής μήτρας, καθώς και η θεωρητική πρόβλεψη της θερμικής τους αγωγιμότητας. Στα πλαίσια της εργασίας πραγματοποιήθηκε η παρασκευή σύνθετων πολυμερικών υλικών εποξειδικής μήτρας, ενισχυμένων με δύο είδη νανοσωματιδίων ίδιας φύσης και διαφορετικής δομής (πολυφλοιϊκοί νανοσωλήνες άνθρακα - MWCNTs και πολυστρωματικά γραφένια - GNPs) καθώς και ένα τρίτο είδος νανοσωματιδίων διαφορετικής φύσης (νανοκαρβίδιο του πυριτίου - NanoSiC). Επίσης, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή ινωδών σύνθετων υλικών (CFRP μονής διεύθυνσης και διάταξης [0]16) ενισχυμένων με δύο είδη νανοσωματιδίων (GNPs και MWCNTs). Για την παρασκευή των δοκιµίων εφαρμόστηκε η μέθοδος του «masterbatch», σύμφωνα με την οποία παρασκευάζεται ένα μίγμα εποξειδικής ρητίνης και νανοσωματιδίων, υψηλής κατά βάρος περιεκτικότητας, που αναδεύεται σε αναµίκτη υψηλών στροφών, υπό συνθήκες κενού, ελεγχόμενης θερµοκρασίας και ταχύτητας ανάµιξης. Από το «masterbatch», προσθέτοντας κάθε φορά, την επιθυμητή ποσότητα ρητίνης προέκυψαν μίγματα διαφόρων κατά βάρος περιεκτικοτήτων (1, 3, 5, 10 και 15% κ.β. σε GNPs - 1 και 3% κ.β. σε MWCNTs - 1, 3, 5 και 10% κ.β. σε NanoSiC). Το τελικό µίγµα εγχύθηκε σε καλούπια σιλικόνης και εισήχθη σε φούρνο, όπου ακολούθησε η διαδικασία πολυµερισµού για 2h σε θερμοκρασία 120°C. Τέλος, παρασκευάστηκαν πολύστρωτες πλάκες [0]16 πολυστρωματικών γραφενίων και πολυφλοιϊκών νανοσωλήνων άνθρακα αντιστοίχων περιεκτικοτήτων. Τα δοκίµια που προέκυψαν από την παραπάνω διαδικασία, χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό της θερμικής αγωγιμότητας, με τη βοήθεια του Mathis Tci Analyzer. Από τη μελέτη των πειραματικών αποτελεσμάτων προέκυψε ότι η θερμική αγωγιμότητα των συνθέτων αυξάνεται, αυξανομένης της συγκέντρωσης των νανοεγκλεισμάτων. Επίσης, τα πολυστρωματικά γραφένια αποτελούν τη βέλτιστη ενίσχυση, σε σχέση με τα υπόλοιπα είδη νανοσωματιδίων που χρησιμοποιήθηκαν, για την βελτίωση της θερμικής αγωγιμότητας τόσο των νανοενισχυμένων πολυμερών όσο και των ινωδών συνθέτων, γεγονός το οποίο οφείλεται κυρίως στη δομή και τη γεωμετρία του. Επίσης, πραγματοποιήθηκε εφαρμογή επιλεγμένων θεωρητικών μοντέλων πρόβλεψης της εγκάρσιας θερμικής αγωγιμότητας, προκειμένου να διαπιστωθεί τυχόν σύγκλιση των θεωρητικών τιμών με τις πειραματικές τιμές. Από την μελέτη των θεωρητικών αποτελεσμάτων προέκυψε ότι το μοντέλο Lewis – Nielsen προβλέπει με τον βέλτιστο δυνατό τρόπο τη θερμική αγωγιμότητα των νανοενισχυμένων πολυμερών, ενώ το μοντέλο που ανέπτυξε ο Hashin τη θερμική συμπεριφορά των ινωδών σύνθετων υλικών. / The purpose of the present master thesis was the experimental and modeling study on the through-thickness thermal conductivity of epoxy nanocomposites. The first step was the dispersion of three different nanoparticles (Graphite-Nanoplatelets - GNPs, Multi Walled Carbon Nanotubes – MWCNTs, Nano-Silicon Carbide - NanoSiC) in a high volume fraction mixture, which is called «masterbatch». The manufacturing technique that was applied was mechanical high speed shearing. Then, «masterbatch» was used for the preparation of epoxy polymers of various volume fractions, reinforced with GNPs, MWCNTs and NanoSiC. Silicon molds were used for the fabrication of the polymer specimens. The polymerization profile was consisted of two hours in temperature 120°C. Moreover, two different types of carbon fiber-reinforced nanocomposites (Unidirectional – UD [0]16) were prepared, which were reinforced with GNPs and MWCNTs in corresponding volume fractions to polymers. The through-thickness thermal conductivity characterization was materialized through Mathis Tci Analyzer. Next, multiple theoretical models were evaluated to predict through-thickness thermal conductivity of both composite systems, and then compared to the experimental results. The results showed that high filler volume fractions heighten thermal conductivity. Moreover, Graphite – Nanoplatelet nanoparticles showed greater thermal conductivity than Carbon Nanotubes and Nano-Silicon Carbide, thanks to its structure and morphology. Lewis –Nielsen model was the appropriate one for the prediction of epoxy polymers, reinforced both GNPs and MWCNTs. Hashin model predicted the through thickness thermal conductivity of carbon fiber reinforced nanocomposites, reinforced both GNPs and MWCNTs.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η θερμική γήρανση του poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonic acid (PEDOT:PSS), με μετρήσεις ειδικής αγωγιμότητας συνεχούς ρεύματος, φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων Auger από ακτίνες-Χ (XPS και ΧΑΕS) και φασματοσκοπίας φωτο-ηλεκτρονίων από υπεριώδη ακτινοβολία (UPS). Για τη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν δείγματα PET (Polyethylene terephthalate) PEDOT:PSS, υπό μορφή λεπτών υμενίων (films), πάχους επίστρωσης 50 nm και 180 nm. Οι θερμοκρασίες στις οποίες καταπονήθηκαν τα δείγματα ήταν οι 120οC, 150οC και 170οC, ενώ οι χρόνοι καταπόνησης κυμάνθηκαν από 0 έως 100 ώρες περίπου. Για την επεξεργασία των μετρήσεων θερμικής γήρανσης, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο Variable Range Hopping (VRH) του Mott που προβλέπει μια εξάρτηση της σ(Τ) της μορφής: (VRH) Στη σχέση αυτή σ είναι η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα, Τ η θερμοκρασία, σο, Το σταθερές που εξαρτώνται από το υλικό και α εκθέτης που σχετίζεται με τον αριθμό των διαστάσεων που πραγματοποιείται η μετάβαση με άλματα ενός φορέα ηλεκτρικού φορτίου στις αλυσίδες του PEDOT. Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων έδειξαν ότι η θερμική ταλαιπωρία, οδηγεί στη θερμική γήρανση των δειγμάτων, με ταχύτερο ρυθμό στα λεπτότερα υμένια των 50 nm, καταδεικνύοντας ότι το πάχος επίστρωσης αποτελεί σημαντικό παράγοντα στην επιβράδυνση της γήρανσης. Οι φασματοσκοπικές μετρήσεις έδειξαν ότι η θερμική καταπόνηση οδηγεί στην μείωση του ποσοστού PSS στην επιφάνεια του δείγματος. Επίσης βρέθηκε ότι μειώνεται η τιμή του έργου εξόδου. Στην συνέχεια εξετάσθηκε η επίδραση παραγόντων, όπως ο χρόνος και ρυθμός θέρμανσης, καθώς και η περιβάλλουσα ατμόσφαιρα στην ηλεκτρική αγωγιμότητα. Παρατηρήθηκε ότι σε όλες τις περιπτώσεις κοντά στους 400 Κ σημειώνεται μετάβαση μονωτή-μετάλλου (Insulator-Metal Transition, IMT). Διαπιστώθηκε ότι το σημείο μετάβασης εξαρτάται σημαντικά από τις αλλαγές που προκαλούνται στη δομή των υμενίων. Από τις καμπύλες που προέκυψαν μετά από σταθερή θέρμανση δειγμάτων πάχους 120 nm, σε θερμοκρασίες από 100 oC έως 190 οC, παρατηρήθηκε ότι ανάλογα το χρόνο και τη θερμοκρασία καταπόνησης, είναι δυνατόν να σημειωθεί άλλοτε υποβάθμιση και άλλοτε βελτίωση της αγωγιμότητας. Τα φαινόμενα αυτά αποδόθηκαν στη δράση δύο ανταγωνιστικών μηχανισμών. Τέλος, η σύγκριση αποτελεσμάτων θερμικής καταπόνησης σε ατμοσφαιρικές συνθήκες και σε αδρανή ατμόσφαιρα He, έδειξε ότι η θερμική γήρανση ήταν πιο έντονη στην περίπτωση δειγμάτων που καταπονήθηκαν στον ατμοσφαιρικό αέρα, οφειλόμενη στις μη αντιστρεπτές δομικές αλλαγές που επιφέρει η οξείδωση παρουσία του οξυγόνου στις αλυσίδες του PEDOT. Αντίθετα, σε αδρανή ατμόσφαιρα Ηe οι ηλεκτρικές ιδιότητες βελτιώνονται σημαντικά με τη θέρμανση. / In this work the thermal aging of the copolymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) has been investigated by measuring the d.c. conductivity σ and photoelectron spectroscopy data (XPS, XAES, UPS). For this study thin films of PET PEDOT:PSS of 50 and 180 nm of thickness were used. The temperatures of the thermal treatment were 120 0C, 150 0C and 170 0C and the times of this process varied between 0 and 100 hours approximately. For the d.c. conductivity data, the Mott’s variable range hopping model was used, described by the following relation: (VRH) where T is the absolute temperature, σ0, T0 parameters depending on the material and α an exponent, which is related to the number of dimensions of the transport by hopping of a carrier in and between the PEDOT chains. These measurements showed that the thermal treatment has as a result the aging of the samples, which was more intense for the 50 nm films, proving that the increase of the samples thickness reduces significantly the thermal aging. The spectroscopic measurements showed that the thermal treatment leads to the removal the PSS percentage on the surface of the specimen. It was found also, that the value of the work function of the samples decreases with aging. Finally, the effect of the stability of d.c. conductivity value during prolonged heating at constant temperature, as well as the rate of the thermal treatment and the composition of the surrounding atmosphere on the electrical conductivity were investigated. It was found that in all cases, an insulator – metal transition (IMT) was taking place near the temperature of 400 K. The exact temperature of this transition depends on the changes taking place in the structure of the films. From the experimental curves after heating the 120 nm samples with constant rate for temperatures between 100 0C and 190 0C, it was found that it is possible to have either, deterioration or improvement of the conductivity. These phenomena were attributed to two different competitive mechanisms. Finally, the comparison of the results of the thermal treatment under atmospheric conditions and under inert atmosphere of He, showed that thermal aging is more intense in the first case, due to irreversible structural changes brought about by oxidization in the presence of moisture and oxygen in the PEDOT chains. On the other hand, it was found that the electrical properties were improved significantly by heating under the inert atmosphere of He.

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.

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από δυο μέρη. Στο πρώτο μέρος πραγματοποιήθηκε μεταβατική θερμική ανάλυση σε μια υγιή μηχανή και σε μια μηχανή με σπασμένη μπάρα και ακολούθησε σύγκριση των αποτελεσμάτων των δυο αναλύσεων. Στο δεύτερο μέρος έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων μιας μεταβατικής θερμικής ανάλυσης υγιούς μηχανής με αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα. / Transient thermal analysis for healthy asychronous motor and for motor with broken bar to the motor.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια αναλυτική αναφορά στα διάφορα θερμικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα μέσα στον κινητήρα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του. Προσομοιώθηκε ένας ασύγχρονος κινητήρας βραχυκυκλωμένου δρομέα σε περίπτωση υγιούς κατάστασης λειτουργίας και σε περίπτωση σφάλματος μιας σπασμένης μπάρας του δρομέα. Επίσης πάρθηκαν μετρήσεις από αισθητήρες θερμοκρασίας που τοποθετήθηκαν στο στάτη της ασύγχρονης μηχανής. Η ασύγχρονη μηχανή αποσυναρμολογήθηκε και τοποθετήθηκε νέο τύλιγμα στο στάτη αφού αφαιρέθηκε το αρχικό εργοστασιακό. Αυτό έγινε για μπορέσουμε να τοποθετήσουμε αισθητήρες (θερμοστοιχεία) στο νέο τύλιγμα για να διαπιστώσουμε με πειραματικό τρόπο την θερμοκρασιακή κατανομή του στάτη της ασύγχρονης μηχανής. Στη συνέχεια επιχειρήθηκε η θερμική ανάλυση στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας του ασύγχρονου κινητήρα σε περίπτωση υγιούς κατάστασης και σε περίπτωση μιας σπασμένης μπάρας του δρομέα. Η θερμική ανάλυση έγινε μέσω της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων, σε δισδιάστατη γεωμετρία, μέθοδος η οποία είναι πολύ ακριβής με λεπτομερειακά αποτελέσματα. Με τη μέθοδο αυτή αναλύονται με μαθηματικές εξισώσεις το φαινόμενο της μετάδοσης θερμότητας χρησιμοποιώντας κατάλληλες οριακές συνθήκες, η γεωμετρία και τα θερμικά χαρακτηριστικά των υλικών, οι πηγές θερμότητας και, αφού το πρόγραμμα επεξεργάζεται τα δεδομένα, καταλήγει στην κατανομή της θερμοκρασίας με μεγάλη ακρίβεια. Για να γίνει η ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία χρειάστηκε να επιλυθούν διαφορικές εξισώσεις με μερικές παραγώγους προκειμένου να καταλήξουμε στο αποτέλεσμα. Τέλος τα αποτέλεσμα της θερμικής ανάλυσης μέσω της εξομοίωσης συγκρίνονται με αυτά της πειραματικής και διαπιστώνεται η συμφωνία της πειραματικής και της θεωρητικής προσέγγισης του θερμικού προβλήματος της μηχανής. / Thermal analysis of elecrical rotors.

Στο εισαγωγικό μέρος της διατριβής περιγράφονται επιστημονικά δεδομένα για τους λακτοβάκιλλους, τις ζύμες και άλλους προβιοτικούς μικροοργανισμούς, τη χρήση του κεφίρ, τις μεθόδους και τις εφαρμογές της ακινητοποίησης αλλά και της ξήρανσής των μικροοργανισμών στα τρόφιμα. Επίσης, γίνεται αναφορά στις κατηγορίες των τυριών, τις μικροβιολογικές και βιοχημικές μεταβολές κατά την ωρίμανσή τους, τις αρχικές καλλιέργειες που χρησιμοποιούνται καθώς και τη συμβολή τους στην ανάπτυξη του αρώματος. Οι κύριοι στόχοι της διατριβής αυτής είναι η παραγωγή νέων θερμικά ξηρανθεισών αρχικών καλλιεργειών σε ελεύθερη ή/και ακινητοποιημένη μορφή καθώς και η έρευνα για την καταλληλότητα αυτών στην ωρίμανση σκληρών τυριών. Στη συνέχεια της διατριβής μελετήθηκε η παρασκευή σκληρών τυριών με τη χρήση ελεύθερων και ακινητοποιημένων σε καζεΐνη κυττάρων κεφίρ μετά από λυοφιλίωση ή θερμική ξήρανση. Η θερμική ξήρανση του κεφίρ παρουσιάζει οικονομικό πλεονέκτημα έναντι της λυοφιλίωσης και συνέβαλε σημαντικά στην αύξηση της βιωσιμότητας των κυττάρων, στη δημιουργία οπών, στη βελτίωση των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών, στη μείωση των παθογόνων και στην αύξηση του χρόνου συντήρησης των τυριών. Παράλληλα, μελετήθηκαν οι μικροβιακοί πληθυσμοί, η οξύτητα καθώς και η συγκέντρωση των σακχάρων και της αιθανόλης στα δείγματα που ωρίμασαν στους 5, 18 και 22 °C. Τα υψηλά ποσοστά βιωσιμότητας των λακτοβακίλλων αποτελούν ένδειξη για τον προβιοτικό χαρακτήρα των τυριών αυτών. Οι παράμετροι αυτές εξετάστηκαν επίσης σε σκληρά τυριά στα οποία προστέθηκε αρχική καλλιέργεια L. casei. Η συγκέντρωση του L. casei επηρέασε τα μικροβιολογικά, χημικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τυριών. Επιπλέον, μελετήθηκαν το υδατοδιαλυτό άζωτο και ο συντελεστής ωρίμανσης ώστε να διαπιστωθεί πιθανή επιτάχυνση της ωρίμανσης στα τελικά προϊόντα. Ο βαθμός υγιεινής των τυριών εξετάστηκε με τον προσδιορισμό των κολοβακτηρίων, των εντεροβακτηρίων και των πιθανών σταφυλόκοκκων. Η αύξηση στη συγκέντρωση της αρχικής καλλιέργειας L. casei βελτίωσε τα χημικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τυριών αλλά δεν κατάφερε να αποτρέψει την ανάπτυξη των παθογόνων μικροοργανισμών. Αντίθετα, στα σκληρά τυριά με μεικτή αρχική καλλιέργεια L. bulgaricus ή L. helveticus και K. marxianus τα παθογόνα κολοβακτήρια, εντεροβακτήρια και οι πιθανοί σταφυλόκοκκοι μειώθηκαν σημαντικά. Η προσθήκη των αρχικών καλλιεργειών μετά από θερμική ξήρανση εφαρμόστηκε με επιτυχία σε ανάλατα σκληρά τυριά. Ο χρόνος ζωής και τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των τυριών βελτιώθηκαν με τη χρήση της αρχικής καλλιέργειας. Η ακινητοποίηση των κυττάρων σε καζεΐνη δεν επηρέασε σημαντικά τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των τυριών. Μεταξύ των αρχικών καλλιεργειών, τα ελεύθερα κύτταρα κεφίρ έδωσαν τα καλύτερα αποτελέσματα. Η παρασκευή των σκληρών τυριών σε πιλοτική κλίμακα ήταν επίσης ένα από τα αντικείμενα της διατριβής. Η αρχική καλλιέργεια που χρησιμοποιήθηκε ήταν κεφίρ μετά από θερμική ξήρανση σε συγκέντρωση 1,0 g/L γάλακτος. Η ωρίμανση των τυριών πραγματοποιήθηκε στους 12 και 18 °C. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ανάπτυξη και η ξήρανση της αρχικής καλλιέργειας είναι εφικτή σε βιομηχανική κλίμακα και η χρήση της για την παραγωγή σκληρών τυριών δίνει προϊόντα υψηλής ποιότητας. Σε αυτό συνέβαλε η σημαντική μείωση των παθογόνων μικροοργανισμών που εξετάστηκαν. Τα τυριά εμφάνισαν βελτιωμένα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά και αύξηση του βαθμού δημιουργίας οπών σε ικανοποιητικούς χρόνους ωρίμανσης. Το τελευταίο κεφάλαιο των αποτελεσμάτων της διατριβής ασχολείται με την επίδραση των αρχικών καλλιεργειών στα πτητικά παραπροϊόντα των τυριών. Η ανάλυση των δειγμάτων με την τεχνική SPME-GC/MS έδειξε ότι η χρήση αρχικής καλλιέργειας αύξησε τον αριθμό και τη συγκέντρωση των κύριων συστατικών που συνεισφέρουν στη δημιουργία του αρώματος και δευτερευόντως της γεύσης των τυριών. Η θερμική ξήρανση της καλλιέργειας έδωσε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τη λυοφιλίωση. Σημαντική είναι η αύξηση των πτητικών ενώσεων στα ανάλατα σκληρά τυριά με αρχική καλλιέργεια που εξηγεί και τη μεγαλύτερη βαθμολογία που έλαβαν κατά την οργανοληπτική δοκιμασία. Οι μεικτές λοιπόν αρχικές καλλιέργειες που μελετήθηκαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν μετά από θερμική ξήρανση για την παραγωγή σκληρών τυριών υψηλής ποιότητας και υγιεινής. Επιπλέον, η εκμετάλλευση του ρυπογόνου τυρογάλακτος για την ανάπτυξη των καλλιεργειών και η εφαρμογή μιας οικονομικά προσιτής μεθόδου ξήρανσης αποτελούν βασικά πλεονεκτήματα της παραγωγικής διαδικασίας σε πιλοτική κλίμακα. Η διατριβή αυτή αποτελεί μια ολοκληρωμένη έρευνα των μικροβιολογικών, χημικών και οργανοληπτικών χαρακτηριστικών στα σκληρά τυριά με τη χρήση θερμικά ξηρανθεισών αρχικών καλλιεργειών. / In the introductory part of this Dissertation, the microbiology and starter culture production of lactobacilli, yeasts, other probiotic microorganisms and kefir are reviewed. Cell immobilization and drying of microorganisms for food production are also reported. Moreover, cheese varieties, microbiological and biochemical changes during ripening of cheeses, starter cultures and their contribution to aroma development are discussed. The aim of the current thesis is the production of new thermally dried starter cultures with free or immobilized cells and their application for the ripening of hard-type cheese. Specifically, the production of cheeses with free and immobilized cells of kefir on casein after freeze-drying or thermal drying were studied. It was found that thermal drying of kefir posseses an economical advantage over freeze-drying and contributes significantly to the extension of shelf life, degree of gas holes and to the improvement of sensory characteristics. Microbial populations, acidity, residual sugars and the ethanol concentration were also determined in the cheese samples ripened at 5, 18 and 22 °C. High viability of lactobacilli shows the probiotic character of these hard-type cheeses. Furthermore, the same parameters were studied in hard-type cheese ripened with L. casei as starter culture. L. casei concentration had a significant effect on the microbiological, chemical and sensory characteristics of cheeses. Water soluble nitrogen and ripening time measurements indicated an acceleration of ripening. Safety and hygiene were determined by measurement of coliforms, enterobacteria and presumptive staphylococci. The increase of starter culture concentration improved chemical and sensory characteristics but pathogens were not inhibited. However, in the case of hard-type cheese using a mixed starter culture of L. bulgaricus or L. helveticus with K. marxianus, pathogens as coliforms, enterobacteria and presumptive staphylococci were significantly reduced. A chapter of this thesis concerns the use of thermally dried starter cultures for the production of unsalted hard-type cheeses. In this case shelf-life and sensory characteristics of the samples were improved by the addition of starter culture. Cell immobilization on casein did not have a significant effect on cheese quality characteristics. The best results were obtained by the use of free cells of kefir starter culture. Scale-up of hard-type cheese production at pilot scale was the final step of this dissertation. In the frame of this chapter, thermally dried kefir at a concentration of 1.0 g/L was used as starter culture and products were ripened at 12 and 18 °C. The results indicate that thermal drying of starter culture is feasible under pilot scale conditions and can be used for products of high quality. Thermal drying of kefir was performed by supplying air of 38 °C on a thin layer of biomass. Pathogen populations were significantly reduced in these products. Cheese samples had improved sensory characteristics and number of eyes in a relatively short ripening time. The last part of the thesis revealed the effect of starter cultures on the major volatiles of cheeses. Sample analysis with SPME-GC/MS technique showed that the addition of starter culture increased the number and the concentration of volatile compounds positively contributing to the aroma of cheeses. Thermal drying of culture gave better results than freeze-drying. The increase of flavor compounds in unsalted hard-type cheeses is important and is confirmed by the high scores that these samples achieved in sensory evaluation. A general conclusion of the thesis is that the mixed starter cultures studied can be successfully used after thermal drying in the ripening of hard-type cheeses. Moreover, the exploitation of whey for starter culture production and the application of the economical and feasible method of thermal drying constitute the main advantages of hard-type cheese production at pilot scale.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη τεχνικών θερμικής διαχείρισης ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Μελετώνται διαφορετικοί τρόποι βέλτιστης απαγωγής της θερμότητας καθώς και μέθοδοι μέτρησης θερμοκρασίας με την χρήση ψηφιακών κυκλωμάτων. / Subject of this diploma thesis is the research of various methods of integrated circuit thermal management. Different methods of optimal heat removal have been compared and digital temperature sensing techniques have been studied.

Τα δομικά στοιχεία των μηχανολογικών κατασκευών υπόκεινται σε επαναλαμβανόμενες κυκλικές καταπονήσεις, από τις οποίες δημιουργούνται και διαδίδονται ρωγμές. Οι καταπονήσεις αυτές, οι οποίες προκαλούν κόπωση στις κατασκευές, μπορεί να είναι είτε καθαρά μηχανικές είτε θερμικές ή να προκύπτουν σα συνδυασμός θερμικής και μηχανικής φόρτισης. Τυπικές περιπτώσεις θερμικών και θερμομηχανικών φορτίσεων εμφανίζονται σε κατασκευές, όπως σωλήνες κυκλωμάτων ψύξης, πιεστικά δοχεία, συνιστώσες ηλεκτρικών κυκλωμάτων, θάλαμοι μηχανών εσωτερικής καύσης και πτερύγια στροβιλοκινητήρων. Η κυκλική μεταβολή του θερμικού φορτίου στις προαναφερθείσες περιπτώσεις, συνιστά συνθήκες θερμικής κόπωσης. Επίσης, λόγω της σχετικά υψηλής συχνότητας του φορτίου η θερμοκρασία παρουσιάζει έντονη μεταβολή στο χώρο και στο χρόνο. Ο προσδιορισμός της διάρκειας ζωής ενός δομικού στοιχείου κατά τη φάση του σχεδιασμού μπορεί να γίνει με τη βοήθεια πειραματικών διαδικασιών. Τα πειράματα όμως κόπωσης είναι δαπανηρά και χρονοβόρα και προφανώς απαιτούνται περισσότερες από μια πειραματικές δοκιμές. Οπότε, είναι εύλογο να υπάρχουν υπολογιστικά εργαλεία που να δίνουν τη δυνατότητα στο μηχανικό να εκτιμήσει την διάρκεια ζωής ή τη σοβαρότητα της βλάβης ενός εξαρτήματος. Τα περισσότερα υπολογιστικά μοντέλα αναφέρονται σε καθαρά μηχανικές καταπονήσεις. Έτσι υπάρχει πρόσφορο έδαφος για την ανάπτυξη υπολογιστικών εργαλείων για την ανάλυση προβλημάτων θερμικής και θερμομηχανικής κόπωσης. Τέτοιου είδους εργαλεία θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη το κλείσιμο των ρωγμών, που συμβαίνει λόγω των θερμικών παραμορφώσεων, διότι είναι δυνατόν να επηρεάζεται τοπικά το θερμοκρασιακό πεδίο. Επομένως, χρειάζεται επαναληπτική διαδικασία για τον προσδιορισμό του θερμικού και τασικού πεδίου που αλληλεπιδρούν. Είναι προφανές ότι η ανάλυση της θερμικής κόπωσης εξελίσσεται σε συνθέτη διαδικασία, που θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει τον υπολογισμό της κατανομής της θερμοκρασίας, την τοπική επίδραση του άκρου της ρωγμής στο τασικό πεδίο καθώς και την επαφή των επιφανειών της ρωγμής. Η μέθοδος των συνοριακών στοιχείων είναι ικανή να αντιμετωπίζει τέτοιου είδους τοπικές επιδράσεις. Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην ανάπτυξη υπολογιστικού εργαλείου βασισμένου στα συνοριακά στοιχεία, για την πρόβλεψη της διάδοσης ρωγμών και την εκτίμηση της διάρκειας ζωής, εξαρτημάτων υπό θερμική και θερμομηχανική κόπωση. Έμφαση δίνεται σε περιπτώσεις που το θερμικό φορτίο προκαλεί κλείσιμο της ρωγμής και σε περιπτώσεις διεπιφανειακών ρωγμών, όπου το θερμοκρασιακό πεδίο επηρεάζεται από την θερμική αντίσταση ανάμεσα στις επιφάνειες της ρωγμής. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται βιβλιογραφική ανασκόπηση σε εργασίες που εστιάζουν σε φαινόμενα κόπωσης και διάδοσης ρωγμών, καθώς και στην ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων για την πρόβλεψη της διάδοσης ρωγμών. Επιπλέον, προσδιορίζεται λεπτομερώς το αντικείμενο της παρούσας διατριβής και εξηγείται η συνεισφορά της και τα καινοτόμα σημεία της. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η ιδιόμορφη συμπεριφορά του άκρου της ρωγμής, δίνονται οι διατυπώσεις των μεγεθών θραύσης που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση της κόπωσης και αναφέρονται τρόποι με τους οποίους μελετάται η διάδοση ρωγμών. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται λεπτομερώς οι ολοκληρωτικές συνοριακές διατυπώσεις για την επίλυση προβλημάτων θερμοελαστικότητας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται οι υπολογιστικές διαδικασίες που ακολουθούνται στην παρούσα εργασία για τον προσδιορισμό του πεδίου θερμοκρασιών και μετατοπίσεων, καθώς και ο τρόπος που προσομοιώνεται η διάδοση ρωγμής. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις αναλύσεις για διάφορες περιπτώσεις, ενώ στο έκτο κεφάλαιο εξάγονται συμπεράσματα και διατυπώνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα. / The prediction of fatigue life is essential for the integrity and reliability of a structure when designing engineering components that undergo cyclic loading. In most cases, the mechanical cyclic loads are taken into account in order to evaluate the life and damage tolerance of structures with existing cracks. However, there exists a category of structures that experience severe thermal cycling that acts alongside the mechanical loads. Such structures include cooling system pipes, pressure vessels, pistons and combustion chambers of internal combustion engines, gas turbine blades and components of electrical circuits. Interfacial crack growth is of paramount importance when designing components that are protected by thermal barrier coatings in order to increase their endurance and efficiency. These types of structures are exposed to very intense thermo-mechanical cycling, which gradually causes delamination and eventually leads to spallation of the coating Numerical simulations, via the finite element method, are a common trend, when analysing the endurance of coated components. However, important aspects such as the heat exchange between the contacting faces and friction are not taken into account in fracture assessments of these components. The boundary element method is very attractive for crack-growth analyses because only the boundary is meshed, rather than the whole domain of the problem. In the present thesis, the boundary integral equations of uncoupled, time-dependent thermo-elasticity are employed to account for the time-varying nature of the thermal load. Our study discusses the influence of crack closure on quasi-static, sub-critical crack extension in the presence of thermo-mechanical cyclic loading. Appropriate thermal and mechanical boundary conditions are imposed on the numerical model to account for the contact state. The validity of the code to compute the temperature distribution under thermal cycling is checked through analytical solutions. Afterwards, a pure mode-I and mixed mode fracture problems in homogeneous material are analysed and the results are compared to other boundary element solutions. The singularity resulting from tractions and heat flux around the crack tip is effectively captured by singular quarter-point elements, while the fracture magnitudes can be computed using appropriate traction formulas. In these problems, the fatigue life is evaluated in terms of load cycle when the crack closure is considered. The number of cycles required for an existing crack to grow a certain length can be empirically predicted using the Paris’ law. The crack extension angle is evaluated by means of the maximum circumferential stress. The results are discussed, clearly indicating the impact of crack closure on fatigue life evaluation. The main conclusion is that crack closure should be incorporated into the analysis whenever the contact effect is inevitable. Otherwise, the fatigue life may be underestimated, leading to a conservative design. Finally, the sub-domain boundary element procedure is applied to interfacial cracks where the crack closure is more pronounced. Specifically, a case of a thermal barrier coating system is investigated. The thermal resistance between the contacting crack faces is incorporated into the procedure and it is assumed to be dependent on the contact pressure. If crack closure due to thermal distortion takes place, then the displacement and traction field may affect the heat flux between the crack faces, and the thermal and mechanical parts of the problem will need to be solved repeatedly until thermo-mechanical convergence is achieved. The results suggest that there are significant effects on the behaviour of stably growing cracks and the evaluation of failure capacity, emanating from crack closure, the amount of thermal resistance and the phase angle between the mechanical and thermal loads.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της θερμικής κόπωσης στη μηχανική συμπεριφορά κοκκωδών συνθέτων υλικών πολυμερικής μήτρας ενισχυμένης με κόκκους ελαιοπυρήνα υπό μορφή σκόνης. Τα σύνθετα υλικά που κατασκευάσθηκαν μελετήθηκαν πειραματικά και τα αποτελέσματα αναλύθηκαν και προβλέφθηκαν θεωρητικά. Αρχικά πραγματοποίηθηκε η κατασκευή των συνθέτων υλικών σε διάφορες περιεκτικότητες σε κόκκους ελαιοπυρήνα. Από τον μηχανικό χαρακτηρισμό με στατικά πειράματα κάμψης τριών σημείων όλων των συνθέτων υλικών που κατασκευάστηκαν, διαπιστώθηκε η ενισχυτική ικανότητα του ελαιοπυρήνα σε μορφή σκόνης όταν αυτή χρησιμοποιείται ως υλικό ενίσχυσης για την κατασκευή συνθέτων υλικών. Ενώ, στη συνέχεια μελετήθηκε και η επίδραση της θερμικής κόπωσης στη μηχανική συμπεριφορά των συνθέτων υλικών που κατασκευάστηκαν. Τέλος, εφαρμόστηκαν δύο διαφορετικά μοντέλα πρόβλεψης του μέτρου ελαστικότητας συναρτήσει της περιεκτικότητας καθώς και της εναπομείνουσας αντοχής και δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων θερμικής κόπωσης και έγινε σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις αντίστοιχες προβλέψεις. Από τη σύγκριση αυτή παρατηρούμε ότι τα θεωρητικά μοντέλα που εφαρμόστηκαν που είναι το Μ.P.M (Modulus Predictive Model) και το R.P.M (Residual Properties Model) έδωσαν πολύ καλές προβλέψεις για την μεταβολή των ιδιοτήτων. Σαν γενικό συμπέρασμα από την παρούσα εργασία προκύπτει το γεγονός ότι το φθηνό και ελαφρύ υλικό του ελαιοπυρήνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά σαν υλικό ενίσχυσης ρητινών με πολύ καλά αποτελέσματα ενίσχυσης. / The aim of the present master thesis is to investigate the effect of thermal fatigue on the mechanical properties of particulate composites reinforced with olive pit’s powder. The composites materials that have been manufactured were investigated both; experimentally and theoretically. First, we manufactured composites reinforced with olive pits at different volume fractions of the filler particles. From the mechanical characterization of the materials investigated by means of static three-point bending experiments. It was found that the olive pits can reinforce the mechanical properties of composites materials when used as reinforced fillers. Next, the effect of thermal fatigue on the mechanical behaviour of the composites materials was investigated and theoretical predictions for their properties with and without thermal fatigue were made. More precisely, the Μ.P.M (Modulus Predictive Model) and the R.P.M (Residual Properties Model) models have been applied. A fair aggreement between experimental findings and theoretical predictions was found in all cases.