Η παρούσα διατριβή στοχεύει στη μελέτη, μέσω αριθμητικής προσομοίωσης, της διόδευσης του πλημμυρικού κύματος λόγω αστοχίας του φράγματος Αστερίου. Το εν λόγω φράγμα κατασκευάζεται επί του ποταμού Παραπείρου στο νομό Αχαΐας με σκοπό την υδροδότηση της Πάτρας, της Βιομηχανικής Περιοχής (ΒΙ.ΠΕ.) Πατρών και γενικά της βορειοδυτικής Αχαΐας. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με χρήση του εμπορικού λογισμικού MIKE 11. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει την ταυτόχρονη προσομοίωση αστοχίας φράγματος, μέσω αριθμητικού μοντέλου βασιζόμενου στην εξίσωση ενέργειας, και διόδευσης πλημμυρικού κύματος σε ανοικτό αγωγό, μέσω αριθμητικής επίλυσης των εξισώσεων Saint-Venant (μονοδιάστατη ροή κατά μήκος ανοικτού αγωγού). Η επίλυση των εξισώσεων βασίζεται σε άρρητο σχήμα πεπερασμένων διαφορών έξι σημείων. Η μονοδιάστατη διακριτοποίηση και δημιουργία αριθμητικού πλέγματος κατά μήκος της κύριας μισγάγκειας του συστήματος των ποταμών Παραπείρου - Πείρου και η δισδιάστατη διακριτοποίηση των διατομών στους σχετικούς κόμβους του πλέγματος βασίστηκαν σε δεδομένα από την ψηφιοποίηση χαρτών Γ.Υ.Σ. σε κλίμακα 1:5.000. Άλλα δεδομένα εισαγωγής του λογισμικού είναι τα χαρακτηριστικά του ρήγματος κατά την αστοχία του φράγματος, όπου επιλέγεται η περίπτωση ακαριαίας δημιουργίας ρήγματος ως η δυσμενέστερη για την επίπτωση του πλημμυρικού κύματος στα κατάντη, οι σχετικές οριακές συνθήκες και οι παράμετροι των αριθμητικών μοντέλων. Σύμφωνα με τη διεθνή πρακτική εξετάσθηκαν δύο πιθανά ενδεχόμενα αστοχίας του φράγματος: (α) με ταυτόχρονη ροή της μέγιστης παροχής σχεδιασμού του υπερχειλιστή του φράγματος (Σενάριο Μέγιστης Παροχής) και (β) με μηδενική παροχή (Σενάριο Ηλιόλουστης Ημέρας). Ο ταμιευτήρας του φράγματος θεωρήθηκε πλήρης, με στάθμη ύδατος τη μέγιστη δυνατή. Επίσης, εξετάσθηκε η επίδραση δύο αριθμητικών μοντέλων συμπεριφοράς της ροής στο ρήγμα του φράγματος και τριών τιμών αριθμού Manning για τις απώλειες λόγω τριβής πυθμένα. Τα αποτελέσματα περιλαμβάνουν τη χωρική και χρονική κατανομή της στάθμης του ύδατος κατάντη του φράγματος, το χρόνο άφιξης του πλημμυρικού κύματος και τη μέγιστη στάθμη ύδατος σε δεδομένες κρίσιμες θέσεις (οικισμοί, ΒΙ.ΠΕ. Πατρών και γέφυρες) του πλημμυρικού πεδίου. Παρατηρείται ότι στη ρεαλιστικότερη περίπτωση, το πλημμυρικό κύμα φθάνει στην ακτή σε χρόνο περίπου μίας ώρας, ενώ, ακόμα και στη δυσμενέστερη περίπτωση, η μέγιστη στάθμη του ύδατος δεν απειλεί τον κύριο οικοδομικό ιστό των οικισμών κατά μήκος του πλημμυρικού πεδίου και της ΒΙ.ΠΕ. Πατρών. / -

Τα τελευταία χρόνια, στη βιοϊατρική και στη βιομηχανία η επεξεργασία δειγμάτων με πλάσμα έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον, και ειδικότερα στους αντιδραστήρες πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης. Οι αντιδραστήρες αυτοί αντίθετα από του αντιδραστήρες καινού είναι πιο οικονομικοί στην κατασκευή αλλά και στη λειτουργιά. Το ενδιαφέρον αυξάνεται , λαμβάνοντας υπόψη τη δυνατότητα παράγωγης ψυχρού πλάσματος με μεγάλη δραστικότητα, αποφεύγοντας τα μειονεκτήματα των θερμών ατμοσφαιρικών πλασμάτων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η υλοποίηση και η βελτιστοποίηση ενός αντιδραστήρα ατμοσφαιρικού πλάσματος ευγενών αεριών τροφοδοτούμενου από ημιτονοειδή υψηλή τάση ακουστικών συχνοτήτων. Το σύστημα οδηγείται από ημιτονοειδή υψηλή τάση μεταβαλλόμενου πλάτους (0-11 kV από κορυφή σε κορυφή) και συχνότητα (5-20 kHz). Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι γενικές έννοιες για τη δομή και τη λειτουργία των αντιδραστήρων αυτού του είδους. Έμφαση δίνεται στο μηχανισμό διάδοσης του πίδακα και στις εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εκτενής περιγραφή των επιμέρους τμημάτων που κατασκευαστήκαν προκειμένου να είναι εφικτή η λειτουργία του αντιδραστήρα. Αρχικά γίνεται η περιγραφή των αντιδραστήρων που κατασκευαστήκαν και στη συνεχεία παρουσιάζεται το σύστημα τροφοδοσίας της υψηλής τάσης. Τέλος, γίνεται περιγραφή των διατάξεων χαρακτηρισμού της εκκένωσης οι όποιες αφορούν ηλεκτρικές, οπτικές, φωτογραφικές μετρήσεις καθώς και μετρήσεις θερμοκρασίας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις παραπάνω μετρήσεις καθώς μεταβάλλεται μια από τις παραμέτρους του συστήματος (είδος και ροή αερίου, πλάτος και συχνότητα τάσης) Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και προτείνονται μελλοντικές βελτιώσεις και επεκτάσεις προκειμένου να γίνει το σύστημα πιο λειτουργικό. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με το Παράρτημα στο όποιο δίνονται τα μηχανολογικά σχεδία των αντιδραστήρων. / In recent years plasma processing has spurred interest in biomedical and industrial applications, particularly in atmospheric pressure plasma reactors. These reactors unlike vacuum ones are more economical to build and operate. The interest is growing considering the possibility of generating reactive cold plasmas, avoiding the drawbacks of thermal atmospheric plasmas. The goal of this thesis is the implementation and optimization of an atmospheric pressure plasma reactor fed with noble gases and sinusoidal high voltage audio frequencies. The system is driven by a sinusoidal high voltage with variable amplitude (0-11 kV peak- to-peak) and frequency (5-20 kHz) The first chapter presents the general concepts about the structure and operation of reactors of this kind. Emphasis is given to the propagation mechanism of the jet and dielectric barrier discharges. The second chapter is an extensive description of the components manufactured in order to allow the operation of the reactor. Initially, a detailed description of reactors built is given and then the high voltage supply system is presented. Finally, the instrumentation setup is explained regarding the electrical, optical, photographic and temperature measurements. The third chapter presents the results obtained from these measurements as a changing of system parameters (gas type and flow , voltage amplitude and frequency ) In the fourth chapter we reviewed the results and proposed future improvements and extensions in order to make the system more functional. The thesis concludes with the Annex in which the engineering drawings of the reactors are given

Το έργο αφορά στη μελέτη ενός πλάσματος Αζώτου εκκένωσης διηλεκτρικού φράγματος σε ατμοσφαιρική πίεση με διπλό στόχο: Πρώτον, την καλύτερη κατανόηση των φυσικοχημικών μηχανισμών που διέπουν αυτές τις εκκενώσεις, και στη συνέχεια την εφαρμογή αυτών στην επεξεργασία της επιφάνειας μεταλλικών υλικών. Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Μοντελοποίηση και Αριθμητική Εξομοίωση - Πειραματική Μελέτη. Το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρέχει μια σημαντική τεχνολογική καινοτομία: σπάει το φράγμα της τεχνολογίας κενού στην οποία βασίζονται οι τεχνικές πλάσματος χαμηλής πίεσης. Έτσι το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρουσιάζει σημαντικό βιομηχανικό ενδιαφέρον στο πλαίσιο της επεξεργασίας υλικών χαμηλής προστιθέμενης αξίας. Σε αυτή τη μελέτη, η επεξεργασία λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες χωρικής μετα-εκκένωσης. Έτσι τα προϊόντα της εκκένωσης (και ιδιαίτερα τα ενεργά σωμάτια) αποστέλλονται, με βάση τη γεωμετρία του αντιδραστήρα και τη ροή του αερίου, εκτός του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων.Μια τέτοια διάταξη επιτρέπει την επεξεργασία τμημάτων μεγάλων διαστάσεων ή ακόμα και τμημάτων που παρουσιάζουν καμπυλότητες. Επιτρέπει επίσης μια συνεχή βιομηχανική διεργασία κατά τα πρότυπα μιας γραμμής παραγωγής. Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι κράματα μετάλλων Αl-2024 και TiA6V4, με βάση το αλουμίνιο και το τιτάνιο αντίστοχα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία της αεροναυπηγικής που αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό μέρος της οικονομικής δραστηριότητας στη Νοτιοδυτική Γαλλία και ειδικά στην περιοχή του Pau. ο σκοπός της επεξεργασίας είναι να καταστεί συμβατή η επιφάνειa με τις βιομηχανικές διεργασίες κολλήσεων και βαφών. / This work deals with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma in Nitrogen in a double goal: To give insight into the physicochemical mechanisms that dominate in such a discharge and to apply such a discharge in the surface treatment of metal-alloy samples. This thesis investigates the aforementioned topic via two complementary approaches: Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Numerical Modeling and Simulation - Experimental Study The cold plasma generated by an atmospheric pressure electrical discharge holds a significant technological advantage: it breaks the vacuum technology barrier which is the cornerstone of traditional low pressure plasma techniques. Thus, the atmospheric pressure cold plasma appears interesting for industrial surface treatment applications and especially in the case of low added value materials. In this thesis, the surface treatment application takes place in spatial afterglow conditions: the dielectric barrier discharge’s effluents are guided, based on the dedicated reactor design and the elevated gas flow values here used out, of the inter-electrode space. These experimental features permit the surface treatment of large samples or even the treatment of pieces of arbitrary geometries (eg. concave, …). Such a set-up also makes possible a continuous industrial process under the production line standards. The materials that were investigated in the framework of this thesis are the metallic alloys Αl-2024 and TiA6V4, on the basis of Aluminum and Titanium respectively. They are used frequently in aerospace and aeronautical design and engineering which represent an important part of the industrial activity in the South – West part of France and especially in the region of Pau. The purpose of their surface treatment by the atmospheric pressure DBD plasma spatial afterglow was to render them compatible with the industrial processes related to adhesion and painting.

Για την κάλυψη των αναγκών της ύδρευσης στην Αθήνα, έγιναν μελέτες με σκοπό την ενίσχυση του υδατικού δυναμικού του ταμιευτήρα Μόρνου. Η ενίσχυση του ταμιευτήρα περιελάμβανε την κατασκευή του φράγματος στον ποταμό Ευήνο, περιοχής Αγ. Δημητρίου καθώς και της ενωτικής σήραγγας. Η σήραγγα αυτή θα μετέφερε νερό από τον ταμιευτήρα του Ευήνου στον ταμιευτήρα του φράγματος του Μόρνου. Για την διεξαγωγή της κατασκευής του έργου χρειάστηκαν αρκετές γεωλογικές και τεχνικογεωλογικές μελέτες. Αυτές είχαν ως σκοπό την προτροπή από τυχόν αστοχίες. Οι μελέτες αυτές περιείχαν εργασίες υπαίθρου αλλά και εργαστηριακές δοκιμές. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αρχικά τοποθετείται γεωγραφικά το φράγμα. Ακολουθεί μια ανάλυση των τμημάτων και των συνοδών έργων του φράγματος καθώς και για τις κατολισθήσεις που προέκυψαν κατά την κατασκευή του. Επίσης παρουσιάζονται η λιθολογία, η τεκτονική, η υδρογεωλογία της περιοχής της θέσης κατασκευής αλλά και οι συνέπειες που θα μπορούσαν να προκληθούν από την κατασκευή του φράγματος. Στο δεύτερο μέρος αυτής της εργασίας αναλύονται κάποιες από τις εργαστηριακές και επιτόπου δοκιμές, που πραγματοποιήθηκαν στο στάδιο προμελέτης του έργου. Οι επιτόπου περιλαμβάνουν τη διάνοιξη των γεωτρήσεων και την τοποθέτηση πιεζομέτρων. Οι εργαστηριακές ασχολούνται με τα δείγματα από τις γεωτρήσεις, προσδιορίζοντας κάποια από τα χαρακτηριστικά τους όπως τα φυσικά και τις παραμέτρους αντοχής τους καθώς και την ορυκτολογία τους. Στη συνέχεια, ακολουθεί ανάλυση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν και η καταγραφή τους σε διαγράμματα. Στο τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και το παράρτημα με τους χάρτες από την περιοχή μελέτης. / Extended research took place in order to cover the waterwork needs of Athens and reinforce water dynamic of Mornos reservoir. This reservoir reinforcement include the construct of dam in Evinos river and the integrative tunnel. The tunnel will transfer water from Evinos to Mornos reservoir. For the building of this dam there was need of many geological and geotechnical studies. These studies prevent the dam’s failure. The following studies contain both field tests and controlled laboratory tests. The first part of this study explains the geographical position of the dam (A. Dimitrios area). The rest of the study focuses on parts review, recommendable works and occurring landslides during its construction. Lithology, tectonics and hydrogeology on the building area is also included along with the consequences of the dam construction on the area. The second part analyzes the laboratory and field work tests. The above tests took place at the preliminary design stage of the dam. The filled work tests include the boring of test drillings and the placement of piezometers. The main pursuit of the lab studies is to determine some of the rock characteristics like general physic properties, mechanical strength and mineralogy. The results of the lab studies were used for the formation of specific diagrams. The end of this study summarizes the conclusions of the tests and includes an appendix of the maps of this area.

Οι πίδακες πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης διαδραματίζουν ολοένα και σημαντικότερο ρόλο σε διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας και εφαρμογής του ψυχρού πλάσματος. Αυτό συμβαίνει λόγω της ιδιαίτερης ιδιότητας τους να παράγουν ενεργά φορτισμένα σωματίδια διατηρώντας τη θερμοκρασία του αερίου σε χαμηλές τιμές. Πρόσφατα, αυτό το ελκυστικό χαρακτηριστικό οδήγησε στην εκτεταμένη χρήση τους σε εφαρμογές που απαιτούν χαμηλές θερμοκρασίες, όπως στην επεξεργασία υλικών και σε βιολογικές εφαρμογές. Η μελέτη δύο τέτοιων εφαρμογών καθώς και η ανάλυση των χαρακτηριστικών εκκένωσης που λαμβάνει χώρα στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα παραγωγής πίδακα πλάσματος αποτελούν τους δύο κεντρικούς άξονες αυτής της διπλωματικής εργασίας. Ένας από τους κύριους στόχους του παρόντος εκπονήματος είναι ο προσδιορισμός των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας ενός συστήματος παραγωγής πίδακα πλάσματος. Ως επόμενο αντικείμενο μελέτης είναι η εφαρμογή ενός δεύτερου παρόμοιου συστήματος παραγωγής πίδακα πλάσματος για τροποποίηση της επιφάνειας πολυμερούς (πολυανθρακικού) με σκοπό την αύξηση της υδροφιλίας του και βελτίωση της βιοσυμβατικότητάς του. Επιχειρείται ανάλυση των μηχανισμών που καθορίζουν την αλληλεπίδραση του πίδακα πλάσματος με το πολυμερές. Τέλος, πραγματοποιείται εφαρμογή του ίδιου συστήματος για επεξεργασία λιποσωμικών μεμβρανών ως μοντέλο βιοσυστήματος. Ειδικότερα: • Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται κάποιες βασικές έννοιες και χαρακτηριστικά που αφορούν στο ψυχρό πλάσμα με έμφαση στους πίδακες ψυχρού πλάσματος και παρατίθενται διάφορα παραδείγματα αυτών που έχουν καταγραφεί στη βιβλιογραφία μέχρι σήμερα επιλέγοντας ως κριτήριο κατάταξής τους την τάση τροφοδοσίας. • Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά οι δύο πειραματικές διατάξεις πίδακα πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης όπου πραγματοποιήθηκε το σύνολο των μετρήσεων. Παρουσιάζονται τα επιμέρους όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μέτρηση συγκεκριμένων μεγεθών και ταυτόχρονα παρατίθενται φωτογραφικό υλικό. Tέλος περιγράφονται δύο εφαρμογές του δεύτερου συστήματος που αφορούν στην επεξεργασία του πολυμερούς και των λιποσωμάτων και αναλύονται οι διαγνωστικές τεχνικές που εφαρμόστηκαν. • Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το σύνολο των πειραματικών αποτελεσμάτων. Για τους σκοπούς αυτής της εργασίας πραγματοποιήθηκαν ηλεκτρικές και οπτικές μετρήσεις, μετρήσεις γωνιών επαφής, XPS αναλύσεις και μετρήσεις έντασης φθορισμού. • Στο τέταρτο κεφάλαιο καταγράφονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις επιμέρους μελέτες. Σημειώνονται ενδεικτικές τιμές των παραμέτρων του πρώτου συστήματος πίδακα πλάσματος για βέλτιστη λειτουργία. Επιτυγχάνεται μείωση της γωνίας επαφής έως και 49ο και τονίζεται ο πρωταρχικός ρόλος των διεγερμένων ουδέτερων και μετασταθών σωματιδίων του πίδακα πλάσματος στην επεξεργασία. Τέλος, παρατηρείται ποσοστό διάσπασης-επεξεργασίας των λιποσωμάτων έως 15%. / Non-thermal atmospheric pressure plasma jets are playing an increasingly important role in various plasma processing applications. This is because of their practical capability to achieve enhanced gas phase chemistry without the need of elevated gas temperatures. This attractive characteristic recently led to their extensive use in applications that require low temperatures, such as material processing and biomedical applications. The studies of two applications as well as the analysis of discharge characteristics inside the atmospheric pressure plasma jet are the two principal issues of this thesis. More specifically, one of the main objects of the present thesis is the determination of the optimal operation conditions for an atmospheric plasma jet system. A second, similar atmospheric plasma jet system was applied for surface modification of a polymer (polycarbonate) by increasing its wettability Τhe analysis of mechanisms governing the interaction of plasma jet with the polymer is presented. Finally, the same system was also applied for liposomes treatment considered as biosystem model. Particularly: • In the first chapter a brief report on the general characteristics of plasma is mentioned and a review of the different atmospheric pressure plasma jets developed until today is presented. The plasma jets are classified according to their power sources. • In the second chapter the two different experimental set-ups used are described in details. The specific characteristics of each atmospheric pressure plasma jet are outlined and all the others apparatus used are presented and demonstrated by means of photography. At the end, two applications of the second plasma jet are referred concerning polymer and liposome treatment with their respective diagnostics techniques. • In the third chapter the total experimental measurements are presented. For the goals of this thesis were conducted a plenty of electrical and optical measurements, contact angles measurements, XPS analyses and fluorescence intensity measurements. • In the forth chapter all the conclusions exported of each part are recorded. Firstly, the optimal operational conditions, as excluded from the experimental procedure, are recorded. It is obtained a significant decrease of contact angle until 49ο, emphasizing on the dominant role of the reactive excited neutrals and metastables species. Also modification of the liposome membranes is observed at the percentage of 15%.