Στην παρούσα διατριβή γίνεται διερεύνηση της ικανότητας υπολογισμού της τοπικής ταχύτητας ροής με την χρήση εκκρεμούς, βυθισμένο εντός της ροής. / In this thesis is examined if the local flow velocity can be calculated by a pendulum, with a narrow margin of error.

Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής προτείνεται μια τεχνική η οποία προσπαθεί να κάνει ταυτόχρονα εκτίμηση της οπτικής ροής καθώς επίσης και διαμέριση της σκηνής σε διαφορετικά κινούμενα σώματα. Συγκεκριμένα προτείνεται η λύση μιας ακολουθίας προβλημάτων ελαχιστοποίησης. Κάθε πρόβλημα ελαχιστοποίησης προσπαθεί να απομονώσει κάποιο κινούμενο σώμα από την σκηνή και εκτιμά για αυτό μία ταχύτητα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την εφαρμογή της τεχνικής σε προβλήματα εκτίμησης της οπτικής ροής διαφορετικής πολυπλοκότητας δείχνουν ότι η επίδοση της προτεινόμενης τεχνικής είναι ικανοποιητική. / In this thesis, a method, which tries to estimate the optical flow field, and segment the scene at the same time, is suggested. Specifically, a series of minimization problems are solved. Each of these minimization problems, tries to isolate a moving object from the scene, and estimate for it a velocity. The results from applying the suggested method in several optical flow estimation problems, with varying complexities, show that the performance of the method is very promising.

Θεωρούμε μια ακολουθία αποτελεσμάτων n δυαδικών πειραμάτων διατεταγμένων σε γραμμή. Το αποτέλεσμα κάθε πειράματος είναι επιτυχία (S ή 1)ή αποτυχία (F ή 0). Ροή επιτυχιών είναι μια ακολουθία από συνεχόμενες επιτυχίες των οποίων προηγείται και έπεται μια αποτυχία ή τίποτε (αν η ροή επιτυχιών είναι στην αρχή ή στο τέλος της ακολουθίας). Μήκος ροής επιτυχιών είναι ο αριθμός των επιτυχιών που περιλαμβάνονται στη ροή. Η μελέτη των τυχαίων μεταβλητών που σχετίζονται με ροές είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική σε πολλά επιστημονικά πεδία, όπως είναι η Στατιστική Συμπερασματολογία, η Βιολογία (ακολουθίες DNA), η Οικολογία και η Αξιοπιστία μηχανικών συστημάτων. Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι να παρουσιάσει μια επισκόπηση αποτελεσμάτων που αφορούν στη μελέτη της κατανομής της τυχαίας μεταβλητής που παριστάνει το μέγιστο μήκος ροής επιτυχιών σε n δυαδικά πειράματα. Η μελέτη γίνεται για την τυχαία μεταβλητή ορισμένη σε ακολουθίες ανεξάρτητων, ανταλλάξιμων και Μαρκοβιανά εξαρτημένων δυαδικών μεταβλητών. Αναπτύσσονται οι μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της κατανομής της μελετούμενης τυχαίας μεταβλητής. Δίνεται επίσης η σύνδεση της αξιοπιστίας ενός γραμμικού συνεχόμενου k-από-τα-n συστήματος αποτυχίας με την κατανομή της μελετούμενης τυχαίας μεταβλητής. Αριθμητικά παραδείγματα διευκρινίζουν περαιτέρω την εφαρμογή των μεθόδων. / Consider a sequence of n two state (success-failure) trials with outcomes arranged on a line. Success run is a sequence of consecutive successes preceded and followed by a failure or by nothing. The number of the successes in the success run is referred to as its length. The runs are used in many areas such as hypotheses testing, quality control, meteorology, biology and system reliability. Our study gives an overview of results referring to the distribution of the random variable L_{n}, which represents the length of the longest success run in a sequence of n binary trials, defined on sequences of Bernoulli trials (independent and identically distributed), Poisson trials (independent), Markov dependent trials, exchangeable trials and sequences with outcomes from a Polya-Eqqenberger sampling scheme, as a case of particular importance of exchangeability. The methods that have been used to obtain the distribution of L_{n} are also presented ; i.e. combinatorial analysis, recursive schemes, generating functions and the Markov chain imbedding technique. The distribution of L_{n} is used to study a consecutive-k-out-of-n:F system. Numerical examples are given for comparison reasons and to illustrate the theoretical results.

Το θέμα της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της ροής ύδατος εντός ανοιχτού αγωγού ορθογωνικής διατομής κατά την περίπτωση όπου έχουμε υπερχειλιστή λεπτής στέψης και ανάντη αυτού παρουσιάζεται ανισοκατανεμημένη παροχή. / Flow study in the downstream of one spillway with thin top, inside an rectangular open channel, in cases of uneven supply upstream of spillway.

Η οπτική μεταγωγή καταιγισμών (Optical Burst Switching – OBS) συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της οπτικής μεταγωγής κυκλώματος και της οπτικής μεταγωγής πακέτου. Οι βασικές ιδέες που κυριαρχούν σε ένα σύστημα OBS είναι η συναρμολόγηση των πακέτων σε καταιγισμούς οι οποίοι δρομολογούνται με ξεχωριστά πακέτα ελέγχου και ο διαχωρισμός της μεταγωγής και της μετάδοσης του πακέτου ελέγχου και του αντίστοιχου καταιγισμού. Κατά την τεχνική συναρμολόγησης υπερπακέτων, πολλά πακέτα συναθροίζονται σε ένα υπερπακέτο στην είσοδο του δικτύου. Κάθε ακραίος κόμβος διατηρεί μια ξεχωριστή ουρά ανάλογα με την ποιότητα των υπηρεσιών που είναι επιθυμητή. Σε αυτή την ουρά συγκεντρώνονται τα πακέτα που καταλήγουν στον ίδιο προορισμό και ανήκουν επίσης στην ίδια κλάση προτεραιότητας μέχρι να σχηματιστεί ο καταιγισμός. Το πακέτο ελέγχου που ονομάζεται και Burst Header packet (BHP), μεταδίδεται νωρίτερα σε σχέση με το αντίστοιχο υπερπακέτο, κατά ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Το BHP υφίσταται επεξεργασία σε κάθε κόμβο του δικτύου κορμού προκειμένου να δεσμεύσει πόρους και να εγκαταστήσει ένα μονοπάτι, ενώ το αντίστοιχο υπερπακέτο μεταδίδεται μέσω του δικτύου χωρίς να χρειάζεται η μετατροπή του από οπτική σε ηλεκτρονική μορφή και πάλι σε οπτική. Στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί συναρμολόγησης υπερπακέτων εκρηκτικής ροής όπως οι BSMIN, TMAX και TAVE, στους οποίους ένα υπερπακέτο εκρηκτικής ροής σχηματίζεται και είναι έτοιμο να αποσταλεί στο δίκτυο όταν ικανοποιηθεί κάποιο κριτήριο που έχει καθοριστεί και διαφέρει για κάθε έναν από τους αλγορίθμους αυτούς. Στη συγκεκριμένη εργασία προτείνουμε τρόπους για τη γρήγορη δέσμευση της χωρητικότητας (Fast Reservation – FR schemes) οι οποίοι μπορούν να συνδυαστούν με τους αλγορίθμους συναρμολόγησης υπερπακέτων εκρηκτικής ροής BSMIN, TMAX και TAVE. Οι μέθοδοι αυτές χρησιμοποιούν ένα ή δύο γραμμικά φίλτρα προκειμένου να προβλέψουν το μέγεθος του υπερπακέτου ή/και το χρόνο που απαιτείται μέχρι να ολοκληρωθεί η συναρμολόγηση των πακέτων σε ένα υπερπακέτο. Σε αντίθεση με τα τυπικά πρωτόκολλα σηματοδοσίας που χρησιμοποιούνται στα OBS δίκτυα, στην εργασία μας το πακέτο ελέγχου BHP στέλνεται στο δίκτυο κορμού για να δεσμεύσει τους απαραίτητους πόρους, χωρίς να έχει προηγουμένως ολοκληρωθεί η δημιουργία του υπερπακέτου. Με βάση τις τιμές που έχουν εκτιμηθεί από τα φίλτρα και χωρίς οι αντίστοιχες πραγματικές τιμές να είναι ακόμα γνωστές, το BHP στέλνεται για να δεσμεύσει το απαιτούμενο εύρος ζώνης σε κάθε κόμβο του δικτύου κορμού και για το χρονικό διάστημα που το burst θα περάσει από αυτόν τον κόμβο. Η πρόβλεψη του μεγέθους του burst είναι απαραίτητη ώστε να δεσμευτούν οι κατάλληλοι πόροι στο δίκτυο κορμού για τη διάρκεια της μετάδοσης του burst, ενώ η πρόβλεψη της διάρκειας συναρμολόγησης χρειάζεται προκειμένου η δέσμευση των πόρων αυτών να ξεκινήσει τη σωστή χρονική στιγμή. Στόχος μας είναι να μειώσουμε την καθυστέρηση μετάδοσης από άκρο – σε – άκρο ενός υπερπακέτου, μειώνοντας όσο είναι δυνατό το χρόνο που μεσολαβεί από τη μετάδοση του BHP μέχρι τη μετάδοση του burst και ταυτόχρονα να χρησιμοποιήσουμε αποδοτικά το εύρος ζώνης δεσμεύοντας το για το ελάχιστο δυνατό χρονικό διάστημα. Η εφαρμογή της πρόβλεψης της κίνησης στην είσοδο του δικτύου έχει εξεταστεί σε ένα μεγάλο αριθμό εργασιών. Συγκεκριμένα, έχει μελετηθεί η χρήση ενός γραμμικού φίλτρου πρόβλεψης σε συνδυασμό με τον αλγόριθμο TMAX ώστε να μειωθεί ο χρόνος που μεσολαβεί από τη μετάδοση του BHP μέχρι τη μετάδοση του burst. Τα αποτελέσματα της δικής μας εργασίας δείχνουν ότι η μέθοδος της πρόβλεψης μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης και σε συνδυασμό με τους αλγορίθμους BSMIN και TAVE, οδηγώντας στη μείωση της καθυστέρησης μετάδοσης από άκρο – σε – άκρο ενός υπερπακέτου. Στη συνέχεια της εργασίας περιγράφουμε τη μέθοδο που προτείνουμε καθώς και τα αποτελέσματα από την πειραματική εφαρμογή της. Τέλος, σχολιάζουμε και παρουσιάζουμε τα συμπεράσματά μας και αναφέρουμε πιθανά θέματα προς μελέτη. / We propose and evaluate fast reservation (FR) protocols for Optical Burst Switched (OBS) networks. The proposed reservation schemes aim at reducing the end-to-end delay of a data burst, by sending the Burst Header Packet (BHP) in the core network before the burst assembly is completed at the ingress node. We use linear prediction filters to estimate the expected length of the burst and the time needed for the burstification process to complete. A BHP packet carrying these estimates is sent before burst completion, in order to reserve bandwidth at each intermediate node for the time interval the burst is expected to pass from that node. Reducing the total time needed for a packet to be transported over an OBS network is important, especially for real-time applications. Reserving bandwidth only for the time interval it is actual going to be used by a burst is important for network utilization efficiency. In the simulations conducted we evaluate the proposed extensions and prove their usefulness.

Το κύριο θέμα της εργασίας είναι η μοντελοποίηση και η αριθμητική επίλυση μη- μόνιμων και μεταβατικών φαινομένων ροής σε αγωγούς μεταφοράς και δίκτυα διανομής φυσικού αερίου. Το φυσικό αέριο είναι ένα σύγχρονο καύσιμο το οποίο έχει μεγάλες ενεργειακές εφαρμογές καλύπτοντας σε μεγάλο ποσοστό το ενεργειακό ισοζύγιο μιας χώρας. Είναι ένα αέριο και φυσικό καύσιμο για τη μεταφορά του οποίου από τα σημεία άντλησης του, έχει δημιουργηθεί ένα πολύπλοκο διεθνές δίκτυο. Το δίκτυο αυτό συνδέεται με τα εθνικά τοπικά δίκτυα που το διανέμουν στους καταναλωτές. Τα πολύπλοκα αυτά δίκτυα αν και σχεδιάζονται για λειτουργία σε μόνιμη ροή στην πραγματικότητα λειτουργούν υπό μη-μόνιμες συνθήκες. Οι μεταβολές και οι αιχμές στις καταναλώσεις κατά τη διάρκεια μια μέρας, η εκκίνηση ή το κλείσιμο των συμπιεστών ή των σταθμών ρύθμισης της ροής, η αστοχία συσκευών του δικτύου ή και αγωγών είναι μερικοί από τους παράγοντες οι οποίοι προκαλούν σημαντικές μεταβολές στη ροϊκή συμπεριφορά αυτών των συστημάτων. Η υπολογιστική προσομοίωση και η ακριβής πρόβλεψη αυτών των ακραίων ροϊκών καταστάσεων είναι πολύ σημαντική για τη σωστή και οικονομική λειτουργία αυτών των δικτύων. Για την ανάλυση αυτών των φαινομένων η παρούσα εργασία διαρθρώθηκε σε οκτώ κεφάλαια. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται ο ορισμός του προβλήματος και η περιγραφή των ροϊκών συνθηκών που διέπουν τα δίκτυα φυσικού αερίου. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται εκτεταμένη διερεύνηση στην πρότερη ερευνητική προσπάθεια πάνω σε αυτό το θέμα. Στο κεφάλαιο 3 καταστρώθηκε το μαθηματικό μοντέλο το οποίο προσομοιώνει με επιτυχία τέτοιες ροϊκές καταστάσεις. Εν συνεχεία στα κεφάλαια 4 και 5 αναπτύσσονται αριθμητικές μέθοδοι κατάλληλες για την επίλυση αυτού του μοντέλου. Είναι μέθοδοι κατάλληλες για τον αρχικό σχεδιασμό των αγωγών μεταφοράς (κεφάλαιο 4) όσο και ανώτερης τάξης για πιο ακριβείς υπολογισμούς (κεφάλαιο 5). Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η παρουσίαση του αλγόριθμου, για την επέκταση των μεθόδων που αναπτύχθηκαν στα κεφάλαια 4 και 5 για την επίλυση δικτύων πολλών αγωγών και κόμβων. Εν συνεχεία στο κεφάλαιο 7 γίνεται πειραματική διερεύνηση σε εργαστηριακές εγκαταστάσεις αγωγών αερίου που προσομοιώνουν μεταβατικά φαινόμενα ροής. Στο κεφάλαιο 8 γίνεται μια εκτεταμένη επισκόπηση και συγκεντρώνονται τα βασικά συμπεράσματα που προέκυψαν από το σύνολο της ερευνητικής εργασίας. Τέλος γίνονται προτάσεις για την περαιτέρω συνέχιση του ερευνητικού έργου πάνω στο συγκεκριμένο γνωστικό αντικείμενο. / The main subject of the present study is the modelling and the numerical simulation of unsteady and transient flow phenomena in natural gas transmission pipelines and distribution networks. Natural gas is a modern fuel which has serious energy applications covering in big percentage the energy balance of many countries. It is a gas and natural fuel for the transport of which from his points of pumping, has been created a complicated international network. This network is connected with the national local networks that distribute it to local consumers. These complicated networks even if they are designed for operation in steady flow conditions actually work under unsteady conditions. The changes and the peaks of the demand at the duration of a day, the start or the sudden stop of compressors or regulation stations, the failure of network appliances are few of the factors which cause important changes in the flow behaviour of these systems. The simulation and the precise forecast of these extreme flow situations are very important for safe, reliable and economic operation of these networks. For the analysis of these phenomena the present work was structured in eight chapters. In chapter 1 become the definition of problem and the description of flow conditions that rule the natural gas networks. In chapter 2 becomes extensive investigation in the previous research effort on this subject. In chapter 3, the mathematic model which simulates with success such flow situations is defined. Further more in chapters 4 and 5 numerical methods suitable for the numerical solution of this model were developed. These methods are suitable for the initial design of pipelines (chapter 4) as much for more precise calculations (chapter 5). In chapter 6 an improved algorithm for the simulation if complicated networks with many pipes and nodes is presented. The numerical solution of the transient network conditions based on the methodology that developed in previous chapters. In chapter 7 experimental investigations of transient flow phenomena in pipe networks was carried out in laboratory installations. In chapter 8 an extensive review of the basic conclusions was presented, combined with proposals for further research.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά τις υδρογεωλογικές – υδροχημικές συνθήκες, που επικρατούν στην ευρύτερη περιοχή της αποξηραμένη λίμνης Μουριάς Ν. Ηλείας, με κύριο σκοπό τη δημιουργία μοντέλου ορθολογικής διαχείρισης των υπόγειων νερών. Το γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής έρευνας που περιλαμβάνει τμήμα της υδρολογικής λεκάνης του Αλφειού, τη λεκάνη της Σταφυλίας και τη μεσολεκανώδη των δύο υδρολογικών λεκανών περιοχή, δομούν οι ασβεστόλιθοι ηλικίας Παλαιοκαίνου της Ιόνιας ζώνης και οι εβαπορίτες. Τα μεταλπικά ιζήματα που διαδέχονται τους εβαπορίτες έχουν μεταβαλλόμενο πάχος, που φτάνει τα 2,5km και καλύπτουν σχεδόν ολόκληρη την περιοχή μελέτης. Τα ιζήματα αυτά αποτελούνται από αργίλους, μάργες, ιλυόλιθους και ψαμμίτες σε εναλλαγές. Τρεις κύριες διευθύνσεις ρηγμάτων δημιουργούν ένα πολύπλοκο καθεστώς διάρρηξης στην περιοχή της πόλης του Πύργου. Τα ρήγματα ΒΔ – ΝΑ διεύθυνσης απαντώνται στα νότια και ανατολικά της πόλης του Πύργου, στην περιοχή του Επιταλίου και του Πανόπουλου αντίστοιχα. Ρήγματα διεύθυνσης ΒΑ – ΝΔ απαντώνται βόρεια της πόλης του Πύργου, στην περιοχή του Βουνάργου. Ρήγματα διεύθυνσης Α – Δ απαντώνται στα ΝΑ της πόλης του Πύργου εκατέρωθεν του ποταμού Αλφειού. Η τεκτονική δραστηριότητα και η σεισμικότητα της περιοχής είναι ιδιαίτερα ενεργή μέχρι σήμερα και έχει παίξει καθοριστικό ρόλο στην μεταλπική ιζηματογένεση, στην διαμόρφωση της γεωμορφολογικής δομής, στην ανάπτυξη του υδρογραφικού δικτύου και στην διαμόρφωση των υδρογεωλογικών συνθηκών. Το υδρογραφικό δίκτυο της περιοχής χαρακτηρίζεται ως μέτρια ανεπτυγμένο, με το τεκτονικό καθεστώς της περιοχής να αποτελεί καθοριστικό παράγοντα στη διαμόρφωση και ανάπτυξη του υδρογραφικού δικτύου. Επίσης ένα σημαντικό χαρακτηριστικό γνώρισμα του υδρογραφικού δικτύου της περιοχής είναι η απουσία δέλτα στις εκβολές των ποταμών και των χειμάρρων. Το γεγονός αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στην έντονη δράση των κυμάτων, καθώς και στις τεκτονικές κινήσεις ανύψωσης των ακτών. Η γεωμορφολογική ανάπτυξη της ευρύτερης περιοχής του Πύργου – Αρχαίας Ολυμπίας χαρακτηρίζεται από ήπιο ανάγλυφο με μεγάλη εξάπλωση της πεδινής ζώνης και ομαλή μετάβαση στην λοφώδη και ημιορεινή ζώνη. Προς τα βόρεια και ανατολικά, καθώς η επίδραση της τεκτονικής είναι εντονότερη, το υψόμετρο της περιοχής σταδιακά αυξάνει και φτάνει μέχρι τα +640m, ενώ το μέσο υψόμετρο είναι +92m. Το μέσο ετήσιο ύψος βροχόπτωσης για την περιοχή του Πύργου είναι 828mm και από την ανάλυση των βροχομετρικών δεδομένων για ολόκληρη την υδρολογική λεκάνη του Αλφειού, προέκυψε μια σχετικά έντονη πτωτική πορεία των ετησίων τιμών βροχόπτωσης κατά τα τελευταία 25 χρόνια και ειδικά η περίοδος 1984-1999 θεωρείται περίοδος ξηρασίας. Ο μέσος ετήσιος όγκος νερού από βροχόπτωση το χρονικό διάστημα 1975 – 2004, ανέρχεται σε 3.962,4x106m3, που αντιστοιχεί σε ένα μέσο ύψος 1.103,7 mm ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων, κατανεμημένων σε όλη την υδρολογική λεκάνη του Αλφειού. Με βάση το ισοζύγιο κατά Thornthwaite – Mather, οι απώλειες λόγω εξατμισοδιαπνοής υπολογίζονται σε 1.497,05x106m3 νερού ανά έτος, ή 413 mm νερού κατανεμημένων σε όλη την επιφάνεια της περιοχής έρευνας. Η μέση ετήσια ποσότητα νερού που κατεισδύει ανέρχεται σε 1.104,09x106m3 νερού, κατανεμημένων σε όλη την επιφάνεια της περιοχής έρευνας, ή ποσοστό 35,29 % του ύψους βροχής. Από μετρήσεις παροχής στη θέση Φράγμα Φλόκα υπολογίσθηκε ότι ο μέσος ετήσιος όγκος νερού ανέρχεται σε 1.613,36x106 m3. Στην ευρύτερη περιοχή μελέτης αναπτύσσονται υδροφόρα στρώματα τόσο ελεύθερου χαρακτήρα, όσο και υπό πίεση, που ανήκουν στο σχηματισμό του Βουνάργου. Τα υδροφόρα στρώματα που διερευνήθηκαν εντοπίζονται στην πεδινή περιοχή του Πύργου, στην υπολεκάνη του Ενιπέα και στην περιοχή του Βουνάργου, που ανήκει στη λεκάνη της Σταφυλίας. Οι προσχωματικοί υδροφόροι της πεδινής περιοχής παρουσιάζουν τιμές των υδραυλικών ιδιοτήτων, που κρίνονται τυπικές για έναν ελεύθερο υδροφόρο. Οι υπό πίεση υδροφόροι ορίζοντες αναπτύσσονται σε βαθύτερα στρώματα στους ψαμμίτες του σχηματισμού του Βουνάργου και είναι υψηλής δυναμικότητας. Στην πεδινή ζώνη οι ψαμμίτες αυτοί απαντώνται σε βάθος μεγαλύτερο των 30m περίπου και οριοθετούνται από αργιλικά στρώματα. Οι συχνές εναλλαγές στρωμάτων άμμου και αργίλου κατά θέσεις, καθώς και η παρουσία πολυάριθμων ρηγμάτων στο σχηματισμό του Βουνάργου οδηγεί πολλές φορές σε πιθανή μίξη νερών από βαθύτερους υδροφόρους. Η τροφοδοσία του υδροφόρου αυτού γίνεται κυρίως μέσω κατείσδυσης του νερού των βροχοπτώσεων, καθώς και μέσω ρηγμάτων και διαρρήξεων. Από τη μελέτη της πιεζομετρίας της περιοχής του Πύργου διαπιστώνεται ότι ο ελεύθερος υδροφόρος ορίζοντας παρουσιάζει αρνητικές απόλυτες στάθμες στις παράκτιες περιοχές καθ’ όλη τη διάρκεια του υδρολογικού έτους. Αυτό οφείλεται κυρίως στη λειτουργία των αντλιοστασίων για την αποστράγγιση των επιφανειακών νερών της περιοχής, τα οποία στην παράκτια ζώνη αντλούν και μέρος των υπόγειων. Η αριθμητική προσομοίωση του ελεύθερου υδροφόρου ορίζοντα στην περιοχή του Πύργου έγινε με τη χρήση του λογισμικού Flowpath και έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα όσον αφορά στην προσομοίωση της πιεζομετρικής επιφάνειας αλλά και στην επεξεργασία ενός αξιόπιστου υδρογεωλογικού ισοζυγίου. Σύμφωνα με αυτό, περίπου το 15% του νερού στον υδροφόρο προέρχεται από πλευρικές διηθήσεις του ποταμού Αλφειού, ενώ το υπόλοιπο 85% προέρχεται από την κατείσδυση του νερού των βροχοπτώσεων την χειμερινή περίοδο και των αρδεύσεων τη θερινή περίοδο. Τα αποστραγγιστικά κανάλια παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην περιοχή, καθώς οδηγούν στα αντλιοστάσια και τελικά στη θάλασσα περίπου το 85% του νερού του υδροφόρου, με το υπόλοιπο 15% να εκφορτίζεται υπόγεια προς τη θάλασσα. Ακόμη το μοντέλο έδωσε τη δυνατότητα πρόβλεψης της συμπεριφοράς του υδροφόρου σε περίπτωση αλλαγής των υδρολογικών συνθηκών στην περιοχή. Στην περιοχή της Μουριάς, όπου τη θερινή περίοδο η τροφοδοσία του υδροφόρου είναι άμεσα συνδεδεμένη με τις αρδεύσεις, παρατηρήθηκε ότι ένας σταθερός όγκος νερού κατεισδύει στον υδροφόρο ακόμα και με μηδαμινές βροχοπτώσεις. Διερευνήθηκε καταρχήν το υποθετικό σενάριο της υψηλής βροχόπτωσης κατά τη χειμερινή περίοδο και προσδιορίστηκε το υδρογεωλογικό ισοζύγιο. Σύμφωνα με αυτό το 82% των εισροών στον υδροφόρο προέρχεται από την απευθείας κατείσδυση του νερού των βροχοπτώσεων και των αρδεύσεων, ενώ το υπόλοιπο 18% διηθείται πλευρικά από τον Αλφειό ποταμό. Το 13% περίπου εκρέει υπόγεια προς τη θάλασσα, ενώ το 87% οδηγείται προς τη θάλασσα μέσω των αντλιοστασίων. Ένα ακόμα υποθετικό σενάριο που διερευνήθηκε ήταν η προσομοίωση του ελεύθερου υδροφόρου ορίζοντα πριν την αποξήρανση της λίμνης Μουριάς τη δεκαετία του 1960. Από την εφαρμογή του μοντέλου και την προσομοίωση της λίμνης Μουριάς, αποδεικνύεται ο ρόλος των στραγγιστικών αντλιοστασίων και των αποστραγγιστικών καναλιών στη διαμόρφωση του υδραυλικού χαρακτήρα της περιοχής, καθώς στο παρελθόν και πριν την αποξήρανση της λίμνης Μουριάς, το υδραυλικό φορτίο ήταν υψηλότερο σε ολόκληρη την περιοχή κατά 2m περίπου. Ενδιαφέρον επίσης παρουσιάζει το γεγονός, ότι σύμφωνα με το υδρογεωλογικό ισοζύγιο οι πλευρικές διηθήσεις από τον ποταμό Αλφειό προς τον υδροφόρο ορίζοντα εμφανίζονται μειωμένες κατά 10% περίπου σε σχέση με την σημερινή κατάσταση. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι η παρουσία των στραγγιστικών αντλιοστασίων (και ειδικότερα αυτού που απέχει 500m από τον Αλφειό) δημιουργούν αναρρόφηση νερού από τον ποταμό ενισχύοντας έτσι την πλευρική διήθηση. Ακόμη παρατηρήθηκε ότι η κατανομή των πιεζομετρικών καμπύλων παρουσιάζεται περισσότερο ομοιόμορφη σε σχέση με τις σημερινές συνθήκες. Σε ορισμένες θέσεις στον ελεύθερο υδροφόρο ορίζοντα της περιοχής του Πύργου παρουσιάζονται φαινόμενα ιοντοανταλλαγής, λόγω της διείσδυσης του θαλασσινού νερού προς την ενδοχώρα. Οι θέσεις αυτές εντοπίστηκαν κυρίως σε μία ζώνη παράλληλη της ακτογραμμής, η οποία καταλαμβάνει το ανατολικό τμήμα της αποξηραμένης λίμνης Μουριάς και εκτείνεται έως τον ποταμό Αλφειό. Επίσης παρατηρήθηκε το φαινόμενο της αποδολομιτίωσης και της οξείδωσης του σιδηροπυρίτη, ενώ οι ανθρωπογενείς επιδράσεις αντανακλώνται από τις υψηλές συγκεντρώσεις κυρίως των ενώσεων του αζώτου. Τα φαινόμενα αυτά επιβεβαιώθηκαν και από την παραγοντική ανάλυση, η οποία πραγματοποιήθηκε για τα κύρια στοιχεία και τα ιχνοστοιχεία του ελεύθερου υδροφόρου ορίζοντα. Στη χημική σύσταση του νερού των αποστραγγιστικών καναλιών οι συγκεντρώσεις των στοιχείων είναι αυξημένες κυρίως στην παράκτια ζώνη, και αυτό μπορεί να οφείλεται τόσο σε επίδραση από το θαλασσινό νερό, όσο και σε ρύπανση από ανθρωπογενείς παράγοντες. Οι μέγιστες τιμές που λαμβάνουν τόσο τα κύρια στοιχεία, όσο και τα ιχνοστοιχεία καθιστούν τα επιφανειακά αυτά νερά ακατάλληλα για κάθε χρήση, καθώς στα κανάλια καταλήγουν συχνά οικιακά και βιομηχανικά απορρίμματα εμπλουτίζοντας το νερό σε βαρέα μέταλλα. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής η ερευνητική ομάδα του προγράμματος ΠΕΝΕΔ κατασκεύασε σε μία έκταση 5 στρεμμάτων στο ανατολικό άκρο της αποξηραμένης λίμνης Μουριάς μία πειραματική λίμνη. Το βρόχινο νερό που κατέκλυσε την εκσκαφή της νέας λίμνης, ήρθε σε επαφή με τα αργιλικά ιζήματα που κυριαρχούν στην περιοχή και μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα το νερό απέκτησε υψηλές συγκεντρώσεις στοιχείων. Οι υψηλές συγκεντρώσεις σε σίδηρο και μαγγάνιο των δειγμάτων νερού του υπό πίεση υδροφόρου της περιοχής του Πύργου είναι ο κυριότερος λόγος για την ακαταλληλότητά τους. Η επικράτηση αναγωγικών συνθηκών σε μεγάλο τμήμα του υδροφόρου ευνοεί τις υψηλές συγκεντρώσεις των στοιχείων αυτών. Η υδροχημική έρευνα στα δείγματα νερού του υπό πίεση υδροφόρου ορίζοντα του σχηματισμού του Βουνάργου έδειξε ότι τα νερά αυτά έχουν γρήγορη ανανέωση σε σχέση με τον υπό πίεση υδροφόρο της περιοχής του Πύργου και η τροφοδοσία τους γίνεται από βόρειες και ανατολικές διευθύνσεις. Η παρουσία H2S σε συνδυασμό με τις αυξημένες συγκεντρώσεις NH4+ και βορίου οφείλονται στην πιθανή ανάμιξη του νερού με θερμομεταλλικά νερά, που βρίσκονται βαθύτερα και αναδύονται μέσω ρηγμάτων. Στην υδρολογική λεκάνη της Σταφυλίας και ειδικότερα κατά μήκος της ρηξιγενούς ζώνης Βουνάργου – Κατακόλου διαπιστώθηκε η ύπαρξη νερών με ιδιαίτερα υδροχημικά χαρακτηριστικά, όπως οι υψηλές συγκεντρώσεις νατρίου, η έκλυση μεθανίου, υδροθείου κ.ά. Οι υψηλές συγκεντρώσεις CO2 σε συνδυασμό με την ύπαρξη ραδονίου στα υπόγεια νερά θεωρείται ότι οφείλονται στην ύπαρξη θερμομεταλλικής υδροφορίας, η οποία εκδηλώνεται σε μία επιμήκη ζώνη παράλληλη στο ρήγμα του Βουνάργου. Οι θερμομεταλλικές εμφανίσεις της περιοχής πιθανά συνδέονται με την κατείσδυση μετεωρικού νερού σε μεγάλα βάθη μέσω μεγάλων τεκτονικών ασυνεχειών. Σε μεγάλα βάθη το νερό έρχεται σε επαφή με εβαπορίτες και εμπλουτίζεται με θειικά ιόντα, τα οποία λόγω του αναγωγικού περιβάλλοντος ανάγονται σε υδρόθειο. Η άνοδος του θερμομεταλλικού νερού προς την επιφάνεια γίνεται μέσω τεκτονικών ασυνεχειών. Στην πορεία του αναμιγνύεται με νερά υδροφόρων οριζόντων, που βρίσκονται σε μικρότερο βάθος με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του να μειώνεται, προκαλώντας παράλληλα μεταβολή του υδροχημικού χαρακτήρα των υδροφόρων αυτών. Η εφαρμογή της μεθόδου DRASTIC στην περιοχή του Πύργου οδήγησε στην δημιουργία ενός μοντέλου τρωτότητας του ελεύθερου υδροφόρου ορίζοντα με βάση τους ρύπους που εισάγονται στην επιφάνεια του εδάφους. Η τροποποίηση της αρχικής μεθοδολογίας ως προς τις τιμές των παραμέτρων, αλλά και της βαρύτητας των συντελεστών, επέφερε ικανοποιητική συσχέτιση μεταξύ της ενδογενούς τρωτότητας και της συγκέντρωσης του ολικού αζώτου. / The present thesis deals with the hydrogeological – hydrochemical conditions that dominate in the wider area of the former Mouria Lake, in Ilia Prefecture, in order to develop a model for rational management and protection of aquifers. The bedrock in the research area, which comprises part of the hydrological basin of the Alfios River, the Staphylia Basin and the intrabasinal region, is formed of Paleocene limestone of the Ionian zone and the evaporites. The post-alpic sediments that overly the evaporites, have a varying depth that is up to 2.5km, covering almost the entire study area. These sediments consist mainly of clay, marl, siltstone and sandstone. Three major fault trends develop a complex fault system in the Pyrgos area. The NW – SE fault trends are in the south and east part of Pyrgos town, while the NE – SW trending faults occur in the area of Vounargo village. The E – W trending faults are found in the SE part of Pyrgos town, parallel to Alfios River valley. The tectonics and the seismicity of the study area is active until today and has played a prominent role in the post-alpidic sediments, as well as in the shaping of today’s relief, in the development of the drainage network and the local hydrogeological characteristics. The hydrographic network in the study area is relatively well developed, while active tectonics is the major factor in the development of the hydrographic network. Another basic characteristic of the hydrographic network is the absence of delta in the river estuaries. This is mainly due to the wave action, as well as to the tectonic uplift of the coastline. The geomorphological development of the entire area is characterized by a smooth relief. It is a flat to semi-mountainous region, with a mean altitude of +92 m, which diminishes gradually westwards. The mean annual precipitation in the Mouria area amounts to 828mm. From the precipitation data analysis for the whole Alfios Basin, a rather gentle declining trend of the mean annual values in the last 25 years, with a relatively more sharp decline in the period 1984-1999 can be observed. The mean annual volume of precipitation for the period 1975 – 2004 is 3.962,4x106m3 distributed in the whole Alfios basin. According to the Thornthwaite – Mather ‘s hydrological balance, 1.497,05x106m3 of water evapotranspirate annually, which equal to 413 mm distributed in the whole Alfios Basin. The average annual volume of water that infiltrates to the aquifers amounts to 1.104,09x106m3 for the Alfios Basin, which is 35.29 % of the rainwater. As derived from runoff measurements in Flokas Dam, 1.613,36x106 m3 of water annually, flows into the sea. In the broad study area several aquifers develop in different geological layers both unconfined and confined at greater depths in the Vounargo Formation. The aquifer layers studied are located in Pyrgos area, in the sub basin of Enipeas River (Alfios tributary) and in Staphylia Basin. The alluvial aquifers appearing in the lowland area, have typical hydraulic characteristics of unconfined aquifers. The confined aquifer bodies are developed in the deepest sandstone layers of the Vounargo Formation. In the lowland area these sandstones are found deeper than 30m intercalating with shales. The alterations of sand and clay is very common in many places and in addition to the presence of a number of faults in the Vounargo Formation, they result in water mixing from deeper aquifers to upper water bodies. The recharge of the confined aquifer is through infiltration of rainwater, as well as through faults and discontinuities that allow surface water to reach the aquifer bodies. From the study of the piezometrical maps in Pyrgos area, it is shown that the alluvial aquifer in the lowland area has a negative hydraulic gradient throughout the hydrological year. This is due to the use of pump stations that cause severe drawdown, especially in the coastal zone as the drainage channels connect to the aquifer at that area. The numerical simulation of the alluvial aquifer in Pyrgos area was done using Flowpath software. The results were very satisfying regarding both the simulation of the piezometrical surface and the reliable hydrogeological balance. According to this, 15% of the aquifer water derives from lateral leakage from Alfios River, while 85% derives from infiltration of the rainwater during the winter period and irrigation water during the summer period. The drainage channels play a very important role in the area as they lead 85% of the groundwater to the sea and the rest 15% is underground runoff towards the sea. Additionally, the prediction of the aquifer’s piezometrical surface and balance in case stresses change, was checked by the use of the Flowpath. In the study area the aquifer is constantly recharged throughout the year even during the summer due to the water use for irrigation. So the scenario that was checked, was that of heavy rainfall and the hydrological balance was checked for the new stress period. According to the results, 18% of the aquifer water derives from lateral leakage from Alfios River, while 82% derives from infiltration of the rainwater during the winter period and irrigation water during the summer period. Another hypothesis, is of simulating the aquifer before the drainage of the Mouria Lake that took place in 1960 ‘s. Results show that the role of drainage channels is significant for the study area as in the past decades before the drainage of the Mouria Lake the groundwater level was 2 meters higher. According to the hydrogeological balance, the lateral leakage from the Alfios River is decreased 10% in relation to the present situation. Ion–exchange phenomena are taking place in the alluvial aquifer of Pyrgos, due to seawater intrusion towards the inner land. This takes place especially in a zone parallel to the sea shore extending from the former Mouria Lake to Alfios River. Moreover, dedolomitization and pyrite oxidation are taking place in the aquifer, whereas high concentrations of ammonia is attributed to anthropogenic contamination. These phenomena were confirmed also by the factor analysis applied to the major and trace element contents. As regards the chemical composition of the drainage channels, the high concentrations of elements, especially in the coastal zone, are attributed not only to seawater intrusion but also to anthropogenic contamination. The maximum values of major and trace elements show that channel water is inappropriate for any use, as house and fabric waste usually are found in those channels thus enriching water with heavy metals. In the frame of the PENED project, the project team designed and constructed a lake in a 0.5-ha large area, in the eastern part of the drained Mouria lake. The rainwater that flooded the new lake became saline during its 3-month interaction with the clay sediments that dominate in the area. High concentrations of iron and manganese in water samples from the confined aquifer in the Pyrgos area are the main reason for their inappropriateness. The domination of reducing conditions in a big part of the aquifer favors the existence of those elements. The hydrochemical research in the samples of the confined aquifer in Vounargo Formation showed that there is a quick recharge in relation to the confined aquifer in Pyrgos area and their recharge is from the north and east part of the study area. The presence of H2S along with the high concentrations of NH4+ and B, are attributed to possible mixing with thermal waters that are found deeper and come upwards through faults. In the Staphylia Basin and especially along the Vounargo–Katakolo fault zone, the existence of waters with special characteristics was studied, like high sodium concentrations, methane release etc. High CO2 and Rn concentrations in groundwaters are attributed to the thermal waters and their existence near the Vounargo fault zone. The thermal waters in the area are possibly connected to the infiltration of meteoric water in great depths via large tectonic discontinuities. At great depths the water contacts the evaporites and enriches in sulfate ions that reduce to sulphuretted hydrogen, due to the reducing conditions. The uplift of the thermal water towards the surface is done through rock discontinuities, while it mixes with water bodies of upper layers, resulting in the decrease of its temperature, but at the same time causing changes in the hydrochemical type of the upper aquifers. The DRASTIC method was applied in the Pyrgos area and led to the development of the intrinsic vulnerability model of the alluvial aquifer, based on contaminants injected to the land surface. The modification of the initial methodology as regards the parameter values and the weight factors resulted in satisfying correlation between the intrinsic vulnerability and the concentration of total nitrogen.

Ένα σημαντικό πρόβλημα στην επεξεργασία ακολουθιών βίντεο είναι η εκτίμηση της κίνησης μεταξύ διαδοχικών πλαισίων βίντεο, που συχνά αναφέρεται και σαν εκτίμηση οπτικής ροής. Η εκτίμηση της κίνησης βρίσκει εφαρμογή σε μια πληθώρα εφαρμογών βίντεο, όπως για παράδειγμα στη συμπίεση (video compression), στην τρισδιάστατη εκτίμηση της δομής επιφανειών (3-D surface structure estimation), στη σύνθεση εικόνων υψηλής ανάλυσης (super-resolution) και στην κατάτμηση βάσει της κίνησης (motion-based segmentation). Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία των αισθητήρων επιτρέπoυν τη λήψη πλαισίων βίντεο με υψηλούς ρυθμούς. Στη διεθνή βιβλιογραφία έχουν παρουσιασθεί τεχνικές που εκμεταλλεύονται την ακριβέστερη απεικόνιση της οπτικής ροής στην υπερδειγματοληπτημένη ακολουθία πλαισίων επιτυγχάνοντας με αυτόν τον τρόπο καλύτερη εκτίμηση της κίνησης στους τυπικούς ρυθμούς δειγματοληψίας των 30 πλαισίων/δευτ. Η υπολογιστική πολυπλοκότητα, και επομένως, και η χρησιμότητα των τεχνικών αυτών σε εφαρμογές πραγματικού χρόνου εξαρτώνται άμεσα από την πολυπλοκότητα του αλγορίθμου αντιστοίχισης, που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση κίνησης. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής θα μελετήθηκαν και υλοποιήθηκαν μερικές από τις πιο πρόσφατες τεχνικές που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία και αναπτύχθηκε μια αποδοτικότερη (από άποψη πολυπλοκότητας) τεχνική αντιστοίχησης, η οποία όμως συγχρόνως δεν υστερεί σε ακρίβεια. / A significant problem in video processing is the motion estimation between two adjacent video frames, which is often called optical flow estimation. The motion estimation is applicable for a number of different fields of interest like video compression, 3-D surface structure estimation, super-resolution images and motion based segmentation. Recent evolution of sensors’ technology has allowed the capture of video frames at high rates. Several techniques using these video sequences have been presented in recent scientific and technological publications. These techniques are exploiting the better representation and achieve more accurate optical flow estimation at the standard frame rate (30 frames per second). The computational complexity and the ease-of-use of those techniques is in accordance with the complexity of the matching algorithm used for motion estimation. Some of the state-of-the-art algorithms have been studied and implemented during this diploma thesis. Besides this, a more efficient and accurate matching technique has been proposed.

Κύριος στόχος αυτής της εργασίας είναι η παρουσίαση ενός μοντέλου ανάλυσης ροής φορτίου (ΑΡΦ) το οποίο να ανταποκρίνεται στα σύγχρονα συστήματα διανομής με κατανεμημένη παραγωγή. Η ανάλυση ροής φορτίου είναι μία από τις βασικότερες τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην μόνιμη ημιτονοειδή κατάσταση ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας και ορίζει την βέλτιστη λειτουργία του. Με την ευρεία εισαγωγή στα ΣΗΕ των ανανεώσιμων πηγών, η δομή των παραδοσιακών ΣΗΕ έχει αλλάξει. Σημαντικό μέρος της κατανάλωσης τροφοδοτείται τοπικά και κοντά στα φορτία. Η παραγωγή επομένως αποκτά ολοένα και περισσότερα χαρακτηριστικά κατανεμημένης παραγωγής. Η κατανεμημένη παραγωγή αναπτύσσεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια στα συστήματα διανομής. Εξαιτίας αυτής της ανάπτυξης και αλλαγής της δομής του συστήματος επηρεάζεται και η ανάλυση ροής φορτίου. Στην παραδοσιακή ανάλυση ροής φορτίου δεν υπάρχουν πληροφορίες για την κατανομή φορτίου και των απωλειών μεταξύ των κατανεμημένων παραγωγών και της παραγωγής από το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας.. Για τον λόγο αυτό νέα μοντέλα ανάλυσης ροής φορτίου θα πρέπει να σχεδιαστούν. Με την παρούσα εργασία γίνεται μία προσπάθεια επανατοποθέτησης και νέας επίλυσης του προβλήματος της ανάλυσης ροής φορτίου ώστε αυτή να λαμβάνει υπόψη τις κατανεμημένες παραγωγές και την παραγωγή του ΣΗΕ, υπό την έννοια ότι και η κατανεμημένη παραγωγή ορίζεται σε κάθε βήμα και δεν θεωρείται εξαρχής σταθερή. Για το σκοπό αυτό επιλέγει μία νέα κατάστρωση του προβλήματος η οποία η οποία αντικαθιστά τον ζυγό αναφοράς με ένα μοντέλο κατανεμημένου ζυγού αναφοράς στις γεννήτριες παραγωγής του κατανεμημένου συστήματος. Το μοντέλο κατανεμημένου ζυγού αναφοράς εισαγάγει παράγοντες συμμετοχής για την κάθε επιμέρους παραγωγή, οι οποίοι είναι ανάλογοι της επίδρασης που έχει η κάθε μία στις απώλειες του συστήματος. Στην συνέχεια οι παράγοντες συμμετοχής υπολογίζονται με την έννοια των περιοχών γεννήτριας. Η περιοχή μίας γεννήτριας ορίζεται με βάση τη φορά ενεργού ισχύος. Αφού αυτή οριστεί, βρίσκεται η συνεισφορά κάθε παραγωγής στις απώλειες του συστήματος. Είναι προφανές ότι η περιοχή τοποθέτησης των παραγωγών καθώς και οι παράμετροι δικτύου επηρεάζουν την κατανομή των απωλειών σε αυτές. Έτσι δοκιμάζεται μία νέα μέθοδος ΑΡΦ με την τεχνική Newton-Raphson βασισμένη στη νέα δομή του συστήματος. Τα αποτελέσματα δείχνουν να είναι ενθαρρυντικά και βελτιστοποιούν τη συμμετοχή της κατανεμημένης παραγωγής στο σύστημα. / Distribution system operating environments are changing rapidly. With large number of distributed generators (DGs) installed within distribution systems, distribution systems are facing great challenges: the traditional methods for distribution system analysis and planning needs to be revised, and new tools have been developed. This thesis addresses these challenges by using a method of slack bus new modeling. The concept of the distributed slack bus model is used for distribution system analysis and planning. Its impacts on distribution applications are also investigated. The method introduces scalar participation factors to distribute uncertain real power system loss for three-phase power flow calculations. It provides a method to calculate network-based participation factors by using the generator domain based method. Three-phase power flow is a vital analysis tool for distribution systems. In this work, the main objective is to study slack bus modeling and to use the new distributed slack bus model for three-phase power flow. The new method of power flow analysis is tested in a simple power system and the results are satisfactory.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και εξομοίωση μιας ανεμογεννήτριας αξονικής ροής μόνιμου μαγνήτη. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η μελέτη μιας σύγχρονης ανεμογεννήτριας μόνιμων μαγνητών (PMSG), που θα παρέχει ισχύ 1kW, και θα πληρεί το κριτήριο του χαμηλού κόστους και των όσο το δυνατών μικρότερων διαστάσεων. Η ανεμογεννήτρια θα συνδέεται απευθείας με το δίκτυο χωρίς τη χρήση κιβώτιου ταχυτήτων. Όσον αφορά τις γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη αξονικής ροής (AFPM), που μελετούνται ειδικά σε αυτή τη διπλωματική, τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί έντονο επιστημονικό και κατασκευαστικό ενδιαφέρον σχετικά με τη βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών τους μεγεθών σε συνδυασμό με την υψηλή απόδοσή τους. Το κυριότερο χαρακτηριστικό αυτών των μηχανών είναι ότι η διέγερση προκαλείται από τους μαγνήτες που είναι τοποθετημένοι στο δρομέα, οι οποίοι με τη χρήση του υλικού NdFeB για την κατασκευή τους, έχουν προσφέρει αναβαθμισμένες δυνατότητες στην παραγωγή μαγνητικού πεδίου. Άλλο κύριο χαρακτηριστικό, είναι ότι οι μηχανές αυτές είναι ιδανικές για ανεμογεννήτριες που κινούνται με χαμηλό αριθμό ταχύτητας ανέμου και στροφών. Στην παρούσα διπλωματική έγινε μια μελέτη ώστε να μπορέσει να σχεδιαστεί μια τέτοια μηχανή (AFPM) που να συγκεντρώνει όσο το δυνατόν καλύτερες αναλογίες μεταξύ κόστους, μεγέθους και απλότητας κατασκευής. Η προσομοίωση της ανεμογεννήτριας ήταν το επόμενο βήμα για την επαλήθευση των θεωρητικών τιμών και την περαιτέρω μελέτη της μηχανής για την απόδοσή της, την επαγόμενη τάση και το μαγνητικό πεδίο που παράγει σε εν κενώ λειτουργία και σε λειτουργία υπό φορτίο. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα μοντελοποίησης ηλεκτρικών μηχανών της COBHAM, το οποίο καλείται Opera και πιο συγκεκριμένα η έκδοση R3 για τρισδιάστατη μοντελοποίηση μηχανών (3D Modeler). Το κεφάλαιο 1 πραγματεύεται εισαγωγικά ζητήματα σχετικά με τις ανεμογεννήτριες και τα βασικά χαρακτηριστικά τους μεγέθη. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια μελέτη σχετικά με το είδος της γεννήτριας καθώς και τα βασικά της στοιχεία. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται αναλυτικά ο σχεδιασμός της ανεμογεννήτριας αξονικής ροής μόνιμου μαγνήτη και ο υπολογισμός των μεγεθών της. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η διαδικασία του σχεδιασμού μηχανής με τη χρήση του προγράμματος opera. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται εξομοίωση της μηχανής και παράθεση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν. Η ανάλυση της μηχανής πραγματοποιήθηκε με τη χρήση δύο επιλυτών της Opera, αυτόν της μαγνητοστατικής ανάλυσης και αυτόν της ανάλυσης της στρεφόμενης μηχανής. / This thesis is focused on study, design and analysis of a Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG). This work was elaborated in the laboratory of Electromechanical Energy Conversion, at the department of Electrical and Computer Engineering in the University of Patras, Greece. The purpose of this specific thesis is to study and analyze a synchronous permanent magnet wind generator (PMSG), providing power 1kW to the grid. The main pursuit is to design a machine of low cost and, as small as possible, geometric characteristics. Moreover, a basic requirement is easy construction. For this purpose, the wind generator is legitimate to be direct-driven, without the existence of a gearbox. The permanent magnet axial flux generators, which are specifically studied in this thesis, have met a large attention over the last years for wind system- low speed applications. The main characteristic of these machines is that their stimulation is caused by the magnets that are mounted at the rotor discs. The latest use, in magnets, of neodymium material (symbolized as NdFeB) has provided upgraded possibilities in magnetic field amplification. Another main characteristic is that these machines are ideal for low speed wind applications. In this thesis, an extended study was elaborated in order to design such a generator, which concentrates as better as possible quota between cost, size and simplicity in construction. The simulation of the machine’s operation was the next step for the verification of the theoretical calculations, as well as for further study on the various parameters and optimization of the machine. The simulation was held in conditions of load and short circuit operation. In order to achieve this, a simulation program by COBHAM called Opera, was used. In chapter 1, there is a reference concerning basic issues of wind energy and wind turbines, as well as, the highlights of a wind turbine. In chapter 2, a research is being carried out, concerning the wind turbine topologies, as well as their basic features. In chapter 3, is presented, analytically, the theoretical dimensioning of the axial flux permanent magnet and the calculation of its features. In chapter 4, the procedure of the design of the generator is being presented by using the designing program Opera. In chapter 5, the simulation of the machine is performed as well as the presentation of the basic results of the analysis. For this purpose, were used two solvers of Opera, the magnetostatic analysis (TOSCA) and the rotating machine analysis (CARMEN).