No description available.

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Atlantic horseshoe crabs (Limulus polyphemus) have endured decades of intense harvest pressure. Genetics studies have shown evidence of distinct sub-groups spanning the coast, although few fine-scale studies have been done to delineate these groups on a local level. Massachusetts lies directly between two of these sub-groups. With documented differences in prosomal widths of horseshoe crabs from either side of Cape Cod, it is possible that Cape Cod is a barrier to gene flow and that there are two distinct genetic groups within Massachusetts. Regulations currently consider all horseshoe crabs to be of one stock. I examined 6 microsatellite loci from 193 horseshoe crabs collected from 7 locations across Massachusetts between 5 May and 24 June 2010. I also analyzed the prosomal widths of 324 horseshoe crabs from 8 locations across Massachusetts. Data analysis revealed low divergence with a G′ST of 0.005 (95% CI −0.004–0.013) and a G″ST of 0.015 (95% CI −0.014–0.045). Wellfleet Bay showed evidence of divergence from all other sites except Buzzards Bay. Isolation by distance is apparent via the Atlantic Ocean. Phenotypic variation in the prosomal widths of horseshoe crabs shows greater divergence among sites than neutral markers and indicates the presence of additive genetic effects. Low divergence and high heterozygosity indicate that although documented population declines have occurred, effective population size (Ne) is still large enough to maintain allele frequencies. With isolation by distance, divergence is likely to increase over time if populations remain low. Phenotypic divergence shows the possibility of local adaptation and that the implementation of management units (MUs) to the north and south of Cape Cod would be recommended as a conservative measure.

Hydraulically induced scour of the streambed at the base of bridge piers is the leading cause of bridge failures. Despite the significant scientific efforts towards the solution of this challenging engineering problem, there are still no reliable tools for the prediction and mitigation of bridge scour. This shortcoming is attributed to the lack of understanding of the physics behind this phenomenon. The experimental studies that attempted the physical investigation of bridge scour in the past have faced two main limitations: i) The characterization of the dynamic interaction between the flow and the evolving bed that is known to drive scour, was not possible due to the limitations in the available instrumentation and the significant experimental difficulties; ii) Most of the existing literature studies are based on the findings of laboratory experiments whose scale is orders of magnitudes smaller compared to bridges in the field, while the scale effects on the scour depth have never been quantified. The objective of this research was to enhance the existing understanding of the phenomenon by tackling the aforementioned experimental challenges. To accomplish this, the first part of this work involved the development of a new underwater photogrammetric technique for the monitoring of evolving sediment beds. This technique is able to obtain very high resolution measurements of evolving beds, thus allowing the characterization of their dynamic properties (i.e. evolving topography and scour rates) and overcoming existing experimental limitations. Secondly, the underwater photogrammetric technique was applied on a bridge scour experiment, of simple geometry, and the dynamic morphological characteristics of the phenomenon were measured. The detailed measurements along with reasonable comparisons with descriptions of the flow, from past studies, were used to provide insight on the interaction between the flow and the bed and describe quantitatively the mechanisms of scour. Finally, the scale effects on scour were studied via the performance of two experiments under near-prototype conditions. In these experiments the effects of the Reynolds number on the flow and the scour were quantified and implications concerning existing small-scale studies were discussed. / Ph. D.

Horseshoe crabs (Limulus polyphemus) have been harvested along the east coast of the United States since the 1800s, however a Fishery Management Plan (FMP) was only recently created for this species. To date, there have not been any studies that have attempted to identify or quantify bycatch in the horseshoe crab trawl fishery. A horseshoe crab trawl survey was started in 2001 to collect data on the relative abundance, distribution, and population demographics of horseshoe crabs along the Atlantic coast of the United States. In the present study, species composition data were collected at sites sampled by the horseshoe crab trawl survey in 2005 and 2006. Seventy-six different taxa were identified as potential bycatch in the horseshoe crab trawl fishery. Non-metric multidimensional scaling (NMS) was used to cluster sites and identify the spatial distribution of taxa. Sites strongly clustered into distinct groups, suggesting that species composition changes spatially and seasonally. Species composition shifted between northern and southern sites. Location and bottom water temperature explain most of the variation in species composition. These results provide a list of species that are susceptible to this specific trawl gear and describe their distribution during fall months throughout the study area. Identifying these species and describing their distribution is a first step to understanding the ecosystem-level effects of the horseshoe crab trawl fishery. / Master of Science

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-03-03Bitstream added on 2014-06-13T20:27:28Z : No. of bitstreams: 1 bronzi_ma_me_sjrp.pdf: 904425 bytes, checksum: 2344eb35a112034c2f1741b2e229f1ec (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Estudamos intersecções homoclínicas de variedades estável e instável de pontos peródicos. Toda intersecção homoclínica produz um comportamento curioso na dinâmiôa. Nosso modelo de tal fenômeno é a famosa ferradura de Smale, a qual é um conjunto hiperbólico para um difeomorfismo. Além disso, estudamos dinâmica não hiperbólica cuja perda de hiperbolicidade é divido à tangências homoclínicas. Elas tem um papel central na teoria de sistemas dinâmicos. O desdobramento de uma tangência homoclínica produz dinâmicas muito interessantes. Neste trabalho estudamos a criação de cascatas de bifurcações de duplicação de período e um esquema de renormalização para uma tangência homoclínica. / We study homoclinic intersection of stable and unstable manifolds of periodic points. Every homoclinic intersection produce a intricate behavior of the dynamics. Our model of such phenomena is the so called Smalesþs horseshoe, which is a hyperbolic set for a di eomorphism. We also study non hyperbolic dynamics whose lack of hyperbolicity is due to homoclinic tangencies. They play a central role in the theory of dynamical systems. The unfolding of a homoclinic tangency produce many interesting dynamics. In this work we study creation of cascade of period doubling bifurcations and a renormalization scheme for a homoclinic tangency.

6 Zusammenfassung Sabrina Thomeczek Fluoreszenzkinematographische Untersuchungen des Einflusses verschiedener Beschlagmodifikationen auf die Ausrichtung der Zehengelenke des Ponys in Bewegung Veterinär-Anatomisches Institut, Veterinärmedizinischen Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht im Oktober 2019 (113 Seiten, 19 Abbildungen, 61 Tabellen, 205 Literaturangaben, 97 Seiten Anhang) Schlüsselwörter: Beschlagmodifikationen, biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie, Scientific Rotoscoping, Zehenknochenausrichtung, Pferd, Böden Einleitung: Die häufigsten Erkrankungen des Sportpferdes, die zu aufwendigen Behandlungen und zum Ausscheiden aus dem Sport führen, betreffen den Bewegungsapparat und hier besonders die distale Gliedmaße des Pferdes. Die Hufgesundheit spielt dementsprechend eine eminente Rolle für das Wohlbefinden des Pferdes. Die Hufbearbeitung und der Hufbeschlag haben einen großen Einfluss auf die Lahmfreiheit. Die Hufschmiede ist ein traditionelles Handwerk, das sich enorm weiterentwickelt hat, sodass heutzutage eine Vielzahl von Beschlagmodifikationen auf dem Markt ist. Allerdings mangelt es an wissenschaftlicher Evidenz für den gezielten und erfolgreichen Einsatz dieser Beschläge. Bisherige Studien führten Röntgenuntersuchungen oder kinematische Untersuchungen mithilfe optoelektronischer Systeme und Infrarot-Markern durch. Die biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie ermöglicht die Erstellung von Röntgenvideos, anhand derer die Zehenknochenausrichtung über einen gewissen Zeitraum auswertbar ist. Durch die Rekonstruktion der Bewegung mittels Scientific Rotoscoping ist dieses Verfahren nicht-invasiv und hat eine hohe Genauigkeit. Vorhandene Erkenntnisse über Hufbeschläge beziehen sich meist auf statische Daten, sind aufgrund der Verschieblichkeit von Hautmarkern ungenau oder durch Implantation von Knochenmarkern invasiv. Außerdem wurde meist ein einziger Beschlag ausgewertet und der gleichzeitige Einfluss verschiedener Bodenbeschaffenheiten vernachlässigt. Ziele der Untersuchung: Diese Studie widmete sich der Evaluierung einer Auswahl von Beschlagmodifikationen auf festem und weichem Boden. Mithilfe der biplanaren Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie konnte der Einfluss der Beschlagmodifikationen auf die Pferdegliedmaße in Bewegung über den Verlauf eines Schrittes dargestellt und ausgewertet werden. Tiere, Material und Methoden: Für die Erstellung der biplanaren Röntgenvideos wurden zwei dreijährige Stuten der Rasse Deutsches Classic Pony und ein sechsjähriger Wallach der Rasse Welsh Pony über eine erhöhte Laufbahn geführt. Jedes Tier machte zwei standardisierte geführte Schritte durch den Untersuchungsbereich, während der jeweilige Beschlag an der rechten Vordergliedmaße angebracht war. Von jedem Pony wurde ein Schritt barhuf, mit Standardhufeisen, mit Eiereisen und mit zehenoffenem Eisen sowohl auf festem, als auch auf weichem Boden ausgewertet. Das Trachten- und das Seitenkeileisen wurden lediglich auf festem, das Eisen mit verbreiterter Zehe und das Breitschenkeleisen lediglich auf weichem Boden ausgewertet. Der feste Boden wurde mittels eines Holzbrettes, der weiche Boden durch eine mit Einstreu-Späne gefüllte Cast-Wanne simuliert. Beide Bodensimulationen schlossen plan mit der übrigen Laufbahn ab, sodass keine Stufen entstanden. Die dreidimensionale Rekonstruktion jedes Schrittes am Computer erfolgte per Scientific Rotoscoping mithilfe von Knochenmodellen, welche für jedes Pony aus computertomographischen Daten erstellt wurden. Der ausgewertete Bereich der Schritte begann beim Initialkontakt und endete beim Abheben der Trachten. Der Schritt wurde weiterhin prozentual in das Auffußen (0 20%), die Hauptstützbeinphase (20-80%), die Mitte der Hauptstützbeinphase (Mittelpunkt der Hauptstützbeinphase ± 10%) und das Abfußen (80-100%) unterteilt. Der Mittelpunkt der Hauptstützbeinphase stellte den Zeitpunkt dar, zu welchem die kontralaterale Gliedmaße durchschwingt und sich beide Gliedmaßen maximal überlagerten. Für die Auswertung der Daten diente der erste animierte Frame jeder Barhuf-Aufnahme auf festem Boden als Referenzposition für das jeweilige Pony. Die ausgewerteten Winkel der Zehengelenke wurden folglich relativ zu dieser angegeben. Nachfolgend wurden die Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke und die Durchschnittswinkel in den einzelnen Schrittphasen für jede Achse bestimmt. Ergebnisse: Die Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke zeigten starke individuelle Variabilität. Hufeisen mit modifizierter lastaufnehmender Oberfläche innerhalb der Hufsilhouette haben sowohl auf festem, als auch auf weichem Boden einen Einfluss auf die Bewegungsumfänge der Zehengelenke. In der Situation barhuf sind die Interphalangealgelenke des Pferdes auf weichem Boden durch Einsinken des Hufes während der Stützbeinphase mehr gebeugt, als auf festem Boden. Der Beschlag mit einem Standardhufeisen führt weder zu einer vermehrten Flexion im Hufgelenk, noch zu einer vermehrten Extension im Krongelenk. Allerdings wurde mit dem Standardhufeisen im Hufgelenk deutlich weniger, im Krongelenk deutlich mehr Rotation beobachtet. Aufgrund sehr uneinheitlicher Ergebnisse kann keine eindeutige Aussage über den Einfluss des Eiereisens getroffen werden. Das Eiereisen führte weder zu einer ausgeprägteren Extension des Hufgelenks auf festem, noch zu einer verstärkten Flexion der Zehengelenke auf weichem Boden. Auch während des Abfußens war das Hufgelenk auf weichem Boden nicht vermehrt gebeugt. Das zehenoffene Eisen führt sowohl auf festem, als auch auf weichem Boden zu einem früher einsetzenden Abrollen des Hufes. Trotzdem zeigte sich keine geringere Extension des Hufgelenks während des Abfußens. In der Mitte der Hauptstützbeinphase war das Hufgelenk unter Einfluss des zehenoffenen Eisens auf weichem Boden mehr gebeugt, als mit dem Standardbeschlag. Das Trachtenkeileisen bedingte keine vermehrte Beugung der Interphalangealgelenke während der Hauptstützbeinphase. Das Eisen mit verbreiterter Zehe führte auf weichem Boden lediglich während des Abfußens zu einer vermehrten Extension im Hufgelenk. Das Seitenkeileisen bedingte eine verstärkte Abduktion und Flexion im Krongelenk, während es im Hufgelenk zu keinen Unterschieden kam. Beim Auffußen konnte mit dem Seitenkeileisen keine vermehrte Instabilität beobachtet werden. Mit dem Breitschenkeleisen kam es nur im Krongelenk zu einer ausgeprägteren Abduktion auf weichem Boden. Schlussfolgerungen: Die biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie ermöglicht erstmals eine präzise und nicht-invasive Evaluierung von Knochenbewegungen an der distalen Gliedmaße des Pferdes und erlaubt eine Visualisierung der Einflüsse von Hufbeschlägen in Bewegung. Sämtliche Beschlagmodifikationen wirken sich auf die Zehengelenke des Pferdes aus, obwohl einige bisherige Annahmen nicht bestätigt werden konnten. Außerdem spielt die Bodenbeschaffenheit eine große Rolle für den Nutzen dieser Beschlagmodifikationen. Die Individualität der Tiere und ihr Einfluss auf die Ergebnisse stellten sich in jeder Beschlagsituation eindrucksvoll dar. Viele Beschlagmodifikationen zeigten ihre Auswirkungen besonders im Krongelenk. Daraus wird geschlossen, dass das Krongelenk eine sehr viel wichtigere Rolle bei der Kompensation veränderter Fußung spielt, als bisher angenommen. Gleichzeitig scheint die Hufkapsel durch ihre Flexibilität enorme kompensatorische Eigenschaften innezuhaben. Es sind dringend mehr Studien über die Biomechanik der Pferdegliedmaße, den Einfluss von Beschlagmodifikationen und deren Nutzen auf unterschiedlichen Böden von Nöten.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis XII 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Die distale Gliedmaße des Pferdes 3 2.1.1 Anatomische Grundlagen 3 2.1.2 Biomechanik der distalen Gliedmaße des Pferdes 9 2.2 Der Hufbeschlag 12 2.2.1 Grundlagen 12 2.2.2 Anwendung von Beschlagmodifikationen zur Behandlung von orthopädischen Erkrankungen der distalen Pferdegliedmaße und wissenschaftliche Evidenz dafür 15 2.2.3 Anwendung und wissenschaftliche Evidenz für die Effekte ausgewählter Beschlagmodifikationen 18 2.3 Untersuchungsverfahren und Bewegungsanalysen zur Evaluierung von Beschlägen bei Pferden 25 2.3.1 Röntgenologische Darstellung der distalen Pferdegliedmaße 25 2.3.2 Kinematische Messungen 27 2.3.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 28 2.4 Hypothesen 34 3 Tiere, Material und Methoden 35 3.1 Tiere 35 3.1.1 Pferde 35 3.2 Untersuchungsmaterial 36 3.2.1 Hufeisen 36 3.2.2 Hufzubereitung und Beschlag 36 3.3 Untersuchungsaufbau und Erstellung der Aufnahmen 37 3.3.1 Computertomographie 37 3.3.2 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 37 3.4 Auswertung der Aufnahmen 40 3.4.1 Erstellung von Knochenmodellen anhand computertomographischer Aufnahmen 40 3.4.2 Videobearbeitung 40 3.4.3 Bildbearbeitung 40 3.4.4 Entzerrung der Aufnahmen 41 3.4.5 Kalibration der Kameraanordnung 42 3.4.6 Animation der Knochenmodelle anhand der Röntgenaufnahmen 42 3.4.7 Achsen- und Winkelberechnung 46 3.5 Analysierte Parameter 48 4 Untersuchungsergebnisse 49 4.1 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographische Aufnahmen 49 4.2 Bewegungsumfang (Range of Motion, ROM) und Winkel der Zehengelenke barhuf 51 4.2.1 Fester Boden 51 4.2.2 Weicher Boden 53 4.2.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 55 4.3 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke mit Standardhufeisen im Vergleich zu den Barhufaufnahmen 58 4.3.1 Fester Boden 58 4.3.2 Weicher Boden 60 4.3.3 Vergleich der Bewegung mit einem Standardbeschlag zwischen festem und weichem Boden 61 4.4 Bewegungsspielraum und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Eiereisen im Vergleich zum Standardhufeisen 64 4.4.1 Fester Boden 64 4.4.2 Weicher Boden 65 4.4.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 67 4.5 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke beschlagen mit dem zehenoffenen Eisen im Vergleich zum Standardhufeisen 70 4.5.1 Fester Boden 70 4.5.2 Weicher Boden 71 4.5.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 73 4.6 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Trachtenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 76 4.6.1 Fester Boden 76 4.7 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Seitenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 77 4.7.1 Fester Boden 77 4.8 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit dem Eisen mit verbreiterter Zehe im Vergleich zum Standardhufeisen 81 4.8.1 Weicher Boden 81 4.9 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Breitschenkeleisen im Vergleich zum Standardhufeisen 83 4.9.1 Weicher Boden 83 5 Diskussion 86 5.1 Methoden 86 5.1.1 Tiermaterial 86 5.1.2 Hufzubereitung und Beschlag 86 5.1.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 87 5.1.4 Simulation verschiedener Bodenbeschaffenheiten 88 5.1.5 Erstellung von Knochenmodellen 88 5.1.6 Bildbearbeitung 88 5.1.7 Animation der Knochenmodelle 89 5.1.8 Koordinatensysteme 90 5.2 Diskussion der Untersuchungsergebnisse 91 5.2.1 Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke 91 5.2.2 Bewegungsmuster der Interphalangealgelenke im Schritt 92 5.2.3 Einfluss des Standardbeschlags auf die Interphalangealgelenke 96 5.2.4 Einfluss spezifischer Beschlagmodifikationen auf die Interphalangealgelenke 97 5.3 Ausblick 109 6 Zusammenfassung 110 7 Summary 112 8 Literaturverzeichnis 114 9 Anhang 124 Danksagung 221 / 7 Summary Sabrina Thomeczek Investigation of the influence of different horseshoe modifications on the interphalangeal joint alignment in the moving pony using fluoroscopic kinematography Institute of Anatomy, Histology and Embryology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in October 2019 (113 pages, 19 figures, 61 tables, 205 references, 97 appendices) Keywords: horseshoe-modifications, biplanar high-speed fluoroscopic kinematography, scientific rotoscoping, phalangeal alignment, horse, ground conditions Introduction: The most common diseases which lead to expansive treatment and often early retirement of a sport horse, affect the musculoskeletal system and herein especially the distal limb. Accordingly, hoof health plays an eminent role in equine well-being. Hoof trimming and horseshoeing have great influence on the soundness of the horse. Farriery is a traditional craft, which has undergone tremendous evolution leading to myriad horseshoe modifications on the market today, however there is a lack of scientific evidence for the targeted and successful use of these horseshoe modifications. Existing studies perform X-Ray- or kinematic examinations using optoelectronic systems and infrared-markers. The biplanar high-speed fluoroscopic kinematography used in this study facilitates the generation of X-Ray-videos, by means of which the interphalangeal joint alignment can be evaluated over a period of time. Due to reconstruction of the movement using Scientific Rotoscoping, this technology is non-invasive and highly accurate. Existing findings on horseshoe modifications mostly refer to static data, are inaccurate due to the mobility of skin markers or are invasive due to implantation of bone markers. Additionally, most studies evaluated only one type of horseshoe and neglected the simultanous influence of different ground conditions altogether. Aims of the study: This study was dedicated to the evaluation of a range of horseshoe modifications on both, firm and soft ground. Using biplanar high-speed fluoroscopic kinematography, the influence of the horseshoe modifications on the moving equine limb during one step were visualized and evaluated. Animals, Material and Methods: For the generation of the biplanar X-Ray-videos, two two-year-old German Classic Pony mares and one six-year-old Welsh Pony gelding were led across a an elevated runway. Each Pony made two standardized guided steps through the examination area, while wearing the respective horseshoe on the right forelimb. For each pony one stride barefoot, wearing the standard horseshoe, the eggbar horseshoe and the open-toe horseshoe were evaluated both on firm and soft ground. Heel- and side-wedges were evaluated only on firm ground, while the wide-toe horseshoe and the wide branch horseshoe were only evaluated on soft ground. The firm ground was represented by a wooden board, the soft ground was simulated by a cast-tub filled with litter shavings. Both ground simulations connected flush with the rest of the runway, so that no steps were created. The three-dimensional digital reconstruction of every stride was performed using Scientific Rotoscoping and bone models, which were created from computed tomographic data for each of the ponies. The evaluated part of the stride began at initial contact (0%) and ended with heel-off (100%). Furthermore, the strides were subdivided into landing of the hoof (0-20%), main bearing phase (20-80%), centre of the bearing phase (middle point of the bearing phase ± 10%) and breakover (80-100%). The middle point of the bearing phase was defined as the point in time at which the contralateral limb swung through and the two limbs superimposed maximally. For data evaluation the first animated frame of every barefoot recording on firm ground served as the reference position for the respective pony. Accordingly, the interphalangeal joint angles were stated relative to the reference position. Subsequently, the ranges of motion of the interphalangeal joint and the mean angles during each stride phase were determined. Results: The ranges of motion of the interphalangeal joints showed strong individual variability. Horseshoes with a modified load-bearing surface within in the hoof silhouette have an impact on the ranges of motion on both firm and soft ground. In the barefoot situation the interphalangeal joint are flexed more during stance phase than on firm ground, because of the hoof’s ability to sink into the ground. The standard horseshoe led neither to an increased flexion on the coffin joint, nor to an increased extension in the pastern joint. However, with the standard horseshoe distinctly less rotation could be observed in the coffin joint, while more rotation was seen in the pastern joint. Due to inconsistent results, no explicit statement can be made about the eggbar shoe. On firm ground the eggbar shoe did not lead to a more pronounced extension of the coffin joint and on soft ground no increased flexion of the interphalangeal joints could be noticed. Additionally, the coffin joint showed no increased flexion during breakover on soft ground. The open-toe shoe led to an earlier onset of breakover on both firm and soft ground. Nonetheless there was no decreased extension in the coffin joint during breakover. With the open-toe shoe the coffin joint was more flexed in the centre of the bearing phase on soft ground, than with the standard horseshoe. Heel-wedges did not lead to more flexion in both interphalangeal joints during the stance phase on firm ground. The wide-toe shoe led to an increased extension in the coffin joint only during landing on soft ground. The side-wedge induced an increased abduction and flexion in the pastern joint, while the coffin joint showed no difference compared with the standard horseshoe. During landing no instability could be observed with the side-wedge shoe. With the wide-branch shoe only the pastern joint showed more abduction. Conclusions: Biplanar high-speed fluoroscopic kinematography facilitates precise and non-invasive evaluation of bone movements and allows visualization of the effects of horseshoe modifications on the moving distal limb of the horse. All horseshoe modifications affect the interphalangeal joints, although several previous assumptions could not be confirmed. Additionally, ground conditions play a major role in the applicability of those modifications. The individuality of the ponies influenced the results significantly in every examined situation. Many horseshoe modifications showed their influence especially in the pastern joint. It is assumed that the pastern joint plays a much more important role in the compensation of altered footing than previously believed. Simultaneously, the hoof capsule seems to have enormous compensatory capabilities due to its flexibility. There is a need for more studies on the biomechanics of the equine distal limb, the influence of horseshoe modifications and their applicability on different ground conditions.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis I Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis XII 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Die distale Gliedmaße des Pferdes 3 2.1.1 Anatomische Grundlagen 3 2.1.2 Biomechanik der distalen Gliedmaße des Pferdes 9 2.2 Der Hufbeschlag 12 2.2.1 Grundlagen 12 2.2.2 Anwendung von Beschlagmodifikationen zur Behandlung von orthopädischen Erkrankungen der distalen Pferdegliedmaße und wissenschaftliche Evidenz dafür 15 2.2.3 Anwendung und wissenschaftliche Evidenz für die Effekte ausgewählter Beschlagmodifikationen 18 2.3 Untersuchungsverfahren und Bewegungsanalysen zur Evaluierung von Beschlägen bei Pferden 25 2.3.1 Röntgenologische Darstellung der distalen Pferdegliedmaße 25 2.3.2 Kinematische Messungen 27 2.3.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 28 2.4 Hypothesen 34 3 Tiere, Material und Methoden 35 3.1 Tiere 35 3.1.1 Pferde 35 3.2 Untersuchungsmaterial 36 3.2.1 Hufeisen 36 3.2.2 Hufzubereitung und Beschlag 36 3.3 Untersuchungsaufbau und Erstellung der Aufnahmen 37 3.3.1 Computertomographie 37 3.3.2 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 37 3.4 Auswertung der Aufnahmen 40 3.4.1 Erstellung von Knochenmodellen anhand computertomographischer Aufnahmen 40 3.4.2 Videobearbeitung 40 3.4.3 Bildbearbeitung 40 3.4.4 Entzerrung der Aufnahmen 41 3.4.5 Kalibration der Kameraanordnung 42 3.4.6 Animation der Knochenmodelle anhand der Röntgenaufnahmen 42 3.4.7 Achsen- und Winkelberechnung 46 3.5 Analysierte Parameter 48 4 Untersuchungsergebnisse 49 4.1 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographische Aufnahmen 49 4.2 Bewegungsumfang (Range of Motion, ROM) und Winkel der Zehengelenke barhuf 51 4.2.1 Fester Boden 51 4.2.2 Weicher Boden 53 4.2.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 55 4.3 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke mit Standardhufeisen im Vergleich zu den Barhufaufnahmen 58 4.3.1 Fester Boden 58 4.3.2 Weicher Boden 60 4.3.3 Vergleich der Bewegung mit einem Standardbeschlag zwischen festem und weichem Boden 61 4.4 Bewegungsspielraum und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Eiereisen im Vergleich zum Standardhufeisen 64 4.4.1 Fester Boden 64 4.4.2 Weicher Boden 65 4.4.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 67 4.5 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke beschlagen mit dem zehenoffenen Eisen im Vergleich zum Standardhufeisen 70 4.5.1 Fester Boden 70 4.5.2 Weicher Boden 71 4.5.3 Vergleich zwischen festem und weichem Boden 73 4.6 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Trachtenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 76 4.6.1 Fester Boden 76 4.7 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Seitenkeileisen im Vergleich zum Standardhufeisen 77 4.7.1 Fester Boden 77 4.8 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit dem Eisen mit verbreiterter Zehe im Vergleich zum Standardhufeisen 81 4.8.1 Weicher Boden 81 4.9 Bewegungsumfang und Winkel der Zehengelenke bei Beschlag mit einem Breitschenkeleisen im Vergleich zum Standardhufeisen 83 4.9.1 Weicher Boden 83 5 Diskussion 86 5.1 Methoden 86 5.1.1 Tiermaterial 86 5.1.2 Hufzubereitung und Beschlag 86 5.1.3 Biplanare Hochfrequenz-Fluoreszenzkinematographie 87 5.1.4 Simulation verschiedener Bodenbeschaffenheiten 88 5.1.5 Erstellung von Knochenmodellen 88 5.1.6 Bildbearbeitung 88 5.1.7 Animation der Knochenmodelle 89 5.1.8 Koordinatensysteme 90 5.2 Diskussion der Untersuchungsergebnisse 91 5.2.1 Bewegungsumfänge der Interphalangealgelenke 91 5.2.2 Bewegungsmuster der Interphalangealgelenke im Schritt 92 5.2.3 Einfluss des Standardbeschlags auf die Interphalangealgelenke 96 5.2.4 Einfluss spezifischer Beschlagmodifikationen auf die Interphalangealgelenke 97 5.3 Ausblick 109 6 Zusammenfassung 110 7 Summary 112 8 Literaturverzeichnis 114 9 Anhang 124 Danksagung 221

This research work investigates the thermal performance of a film-cooled gas turbine endwall under two different mainstream flow conditions. In the first part of the research investigation, the effect of unsteady passing wakes on a film-cooled pitchwise-curved surface (representing an endwall without airfoils) was experimentally studied for heat transfer characteristics on a time-averaged basis. The temperature sensitive paint technique was used to obtain the local temperatures on the test surface. The required heat flux input was provided using foil heaters. Discrete film injection was implemented on the test surface using cylindrical holes with a streamwise inclination angle of 35? and no compound angle relative to the mean approach velocity vector. The passing wakes increased the heat transfer coefficients at both the wake passing frequencies that were experimented. Due to the increasing film cooling jet turbulence and strong jet-mainstream interaction at higher blowing ratios, the heat transfer coefficients were amplified. A combination of film injection and unsteady passing wakes resulted in a maximum pitch-averaged and centerline heat transfer augmentation of ? 28% and 31.7% relative to the no wake and no film injection case. The second part of the research study involves an experimental and numerical analysis of secondary flow and coolant film interaction in a high subsonic annular cascade with a maximum isentropic throat Mach number of ? 0.68. Endwall (platform) thermal protection is provided using discrete cylindrical holes with a streamwise inclination angle of 30? and no compound angle relative to the mean approach velocity vector. The surface flow visualization on the inner endwall provided the location of the saddle point and the three-dimensional separation lines. Computational predictions showed that the leading-edge horseshoe vortex was confined to approximately 1.5% of the airfoil span for the no film injection case and intensified with low momentum film injection. At the highest blowing ratio, the film cooling jet weakened the horseshoe vortex at the leading-edge plane. The passage vortex was intensified with coolant injection at all blowing ratios. It was seen that increasing average blowing ratio improved the film effectiveness on the endwall. The discharge coefficients calculated for each film cooling hole indicated significant non-uniformity in the coolant discharge at lower blowing ratios and the strong dependence of discharge coefficients on the mainstream static pressure and the location of three-dimensional separation lines. Near the airfoil suction side, a region of coalesced film cooling jets providing close to uniform film coverage was observed, indicative of the mainstream acceleration and the influence of three-dimensional separation lines.

The American horseshoe crab (HSC), Limulus polyphemus, is one of four species of horseshoe crabs found throughout the world, and the only one found in North America. It is an economically and ecologically important species throughout its native range from Maine to the Yucatan Peninsula. Harvested for fertilizer and livestock feed in the 19th century, the species is now harvested as bait for whelk and eel fisheries, and for their blood by the biomedical industry. The Atlantic States Marine Fisheries Commission (ASMFC) started to formally manage HSC in 1998 with its Interstate Fisheries Management Plan (IFMP). Unique emphasis and harvest limits have been placed on the Delaware Bay stock, as it is commercially exploited and a critical food source for the threatened red knot, Calidris canutus rufa. Previously, estimates of relative and total abundance of HSC in the Delaware Bay area were based on a design-based approach using a stratified random sampling design. In Chapter 1 of this work, I developed hurdle models for each of the six HSC demographic groups to standardize catch-per-unit-effort (CPUE) and estimate relative abundance using a model-based approach. It was determined that while the two approaches resulted in mostly convergent estimates of relative abundance, external factors such as month, time-of-day, and average depth have major effects on the observed CPUE of all demographic groups. Chapter 2 involved the development of hurdle models for the three species of bycatch frequently caught in our trawls, channeled whelk (Busysotypus canaliculatus), knobbed whelk (Busycon carica), and summer flounder (Paralichthys dentatus). It was found that channeled whelk relative abundance has been at a historical low since 2016, while summer flounder has been at a consistent high. Recent estimates of knobbed whelk relative abundance have been less variable than previously seen, with estimates since 2016 being similar to those seen before 2012. These results provide the first estimates for whelk population trends in the mid-Atlantic region and add to the growing knowledge of summer flounder relative abundance in the area. In Chapter 3, I applied the hurdle models developed in Chapter 1 to estimate the total abundance of HSC in the Delaware Bay area. For this work, I developed two spatio-temporal variograms to estimate bottom temperature and bottom salinity at unmeasured cells per month in the time series. The results showed that night estimates of total abundance were consistently higher than daytime estimates, and estimates from September or November resulted in the highest estimated catch for all demographic groups. The results suggest that when comparing September model-based estimates at night to those of the design-based approach, nearly a third of all previous design-based estimates significantly underestimated the total abundance of HSC in the Delaware Bay area. This result suggests that the ASMFC can recommend increased harvest limits for mature individuals if that action aligns with the goals of their adaptive resource management (ARM) framework. / Master of Science / The American horseshoe crab (HSC), Limulus polyphemus, is one of four species of horseshoe crabs found throughout the world, and the only one found in North America. It is an economically and ecologically important species throughout its native range from Maine to the Yucatan Peninsula. Harvested by the millions in the 19th century, the species is still harvested as bait for whelk and eel fisheries, and for their blood by the biomedical industry, on the order of hundreds of thousands. Formal management of HSC by the Atlantic States Marine Fisheries Commission (ASMFC) began in 1998, and allowable catch and landings have decreased since 1999. A strong focus has been placed on the Delaware Bay population, as it is the center of HSC abundance and provides a critical food source for the threatened red knot, Calidris canutus rufa, while also being commercially exploited. To effectively manage the species, it is important to accurately estimate relative and total abundance so that proper harvest limits can be set. Previously, estimates of relative and total abundance of HSC in the Delaware Bay area were based on a design-based approach using a stratified random sampling design. In Chapter 1 of this work, I developed hurdle models (a generalized linear model that models the probability of observations and the observed positive counts using two separate regression models that are then combined) for each of the six HSC demographic groups to remove the effect of external factors (year, latitude, longitude, depth [inshore/offshore], topography, average trawl depth, time-of-day, month, bottom temperature, bottom salinity, and distance from shore) on our observed catch-per-unit-effort (CPUE) and estimate relative abundance using a model-based approach. It was determined that while the two approaches resulted in mostly convergent estimates of relative abundance, factors like month, time-of-day, and average depth had major effects on the observed CPUE of all demographic groups. Chapter 2 involved developing similar hurdle models for three species of bycatch frequently caught in our trawls, i.e., channeled whelk (Busysotypus canaliculatus), knobbed whelk (Busycon carica), and summer flounder (Paralichthys dentatus). It was found that channeled whelk relative abundance has been at a historical low since 2016, while summer flounder has been at a consistent high. Recent estimates of knobbed whelk relative abundance have been less variable than previously seen, with estimates since 2016 being similar to those seen before 2012. These results provide the first estimates for whelk population trends in the mid-Atlantic region and add to the growing knowledge of summer flounder relative abundance in the area. In Chapter 3, I applied the hurdle models developed in Chapter 1 to estimate the total abundance of HSC in the Delaware Bay area. To do this, the bottom temperature and salinity had to be estimated for each geographic cell. This was accomplished by developing two spatio-temporal variograms which allowed me to estimate either variable at an unmeasured point and time based on its spatial and temporal distance from a measured value in a process known as spatio-temporal kriging. The results showed that night estimates of total abundance were consistently higher than daytime estimates and that estimates from September or November resulted in the highest estimated total abundance for all demographic groups. The results suggest that when using September model-based estimates at night to compare against the design-based approach, nearly a third of all previous design-based estimates significantly underestimated the total abundance of HSC in the Delaware Bay area. This outcome could justify ASMFC increasing recommended harvest limits for mature individuals if that action aligns with the goals of their adaptive resource management (ARM) framework.

Η θερμοδυναμική ανάλυση του κύκλου Brayton υποδεικνύει ότι η θερμική απόδοση και το ειδικό έργο εξόδου ενός αεριοστρόβιλου μπορούν να βελτιωθούν με την αύξηση της θερμοκρασίας εισόδου των αεριών της καύσης στον στρόβιλο. Επιπλέον, οι αυξημένες θερμοκρασίες εισόδου στον στρόβιλο συνοδεύονται και από μείωση της κατανάλωσης καυσίμου, ενώ σε αεροπορικές εφαρμογές οι υψηλότερες θερμοκρασίες έχουν ώς αποτέλεσμα την αύξηση της ώσης του κινητήρα. Δυστυχώς όμως, οι υψηλές αυτές θερμοκρασίες θέτουν σε κίνδυνο την ακεραιότητα των εξαρτημάτων του στροβίλου υψηλής πίεσης και ειδικότερα τα πτερύγια (blades) του στροβίλου και το δάπεδο (endwall) στο οποίο τα πτερύγια αυτά είναι προσκολλημένα. Στους μοντέρνους κινητήρες, η θερμοκρασία εισόδου στον στρόβιλο μπορεί να φτάνει και στα επίπεδα των 1900Κ, θερμοκρασία η οποία υπερβαίνει το σημείο τήξης των υλικών από τα οποία είναι κατασκευασμένα τα εξαρτήματα του στροβίλου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα εξαρτήματα του στροβίλου να λειτουργούν σε πολύ σκληρότερο περιβάλλον απ' ότι στο παρελθόν. Η διατήρηση επαρκούς διάρκειας ζωής στις υψηλές αυτές θερμοκρασίες απαιτεί την ανάπτυξη νέων υλικών κατασκευής και αποτελεσματικών μεθόδων ψύξης για τα εξαρτήματα του στροβίλου. Για την αντιμετώπιση και την αποφυγή της αστοχίας των πτερυγίων (blades) και των δάπεδων (endwall) των πτερυγικών διακένων στους στροβίλους, η μέθοδος του "film cooling" έχει ενσωματωθεί στον σχεδιασμό τους. Κατά την διεργασία της ψύξης των εξαρτημάτων με την μέθοδο αυτή, ψυχρός αέρας αφαιμάσσεται από το στάδιο του συμπιεστή, διοχετεύεται μέσω εσωτερικών θαλάμων του κινητήρα στα εξαρτήματα του στροβίλου και εγχέεται μέσω διακριτών οπών στα τοιχώματα των πτερυγίων και των δαπεδικών τοιχωμάτων. Μετά την έξοδο του από τις οπές, ο ψυκτικός αέρας σχηματίζει ένα λεπτό, προστατευτικό στρώμα-φιλμ μεταξύ των θερμών αερίων της καύσης και της μεταλλικής επιφάνειας των εξαρτημάτων. Μια εκ των κρίσιμων περιοχών οι οποίες υποβάλλονται σε αυξημένους ρυθμούς μετάδοσης θερμότητας είναι και η περιοχή γύρω από την περιφέρεια σύνδεσης των πτερυγίων (blades) με τα δάπεδα (endwalls) του στροβίλου. Η περιοχή αυτή κυριαρχείται από την παρουσία ισχυρών τρισδιάστατων δευτερογενών ροών (γνωστές και ώς junction flows) οι οποίες προκαλούν αύξηση των τοπικών ρυθμών μετάδοσης θερμότητας στην περιοχή της τάξης του 350%. Επιπλέον, οι ροές αυτές, εμποδίζουν την διείσδυση ψυκτικού ρευστού στην προβληματική περιοχή εκτοπίζοντας το μακριά από την επιφάνεια του δαπέδου πριν αυτό προλάβει να παράσχει ικανοποιητική ψύξη. Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, είναι η μελέτη, ανάπτυξη και δοκιμή (τόσο πειραματικά όσο και υπολογιστικά) μιας πρωτότυπης γεωμετρίας ψύξης (με την μέθοδο του film cooling), για την αποτελεσματική αντιμετώπιση του προβλήματος της υπερθέρμανσης της περιοχής σύνδεσης του πτερυγίου – δαπέδου κυρίως γύρω από το επίπεδο του χείλους προσβολής. Το κύριο χαρακτηριστικό της πρωτότυπης μεθόδου έγχυσης είναι ότι το ψυκτικό εκχέεται κατά τέτοιο τρόπο έτσι ώστε οι ροϊκές γραμμές του ψυκτικού να υποβοηθούνται από την περιστροφική κίνηση των τοπικών τρισδιάστατων ροών. Η πολυπλοκότητα του προβλήματος ψύξης της συγκεκριμένης περιοχής προκύπτει από δύο στοιχεία. Πρώτον, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, η ροή στην περιοχή σύνδεσης κοντά στο τοίχωμα χαρακτηρίζεται από πολύπλοκη τρισδιάστατη δομή. Δεύτερον, το πρόβλημα χαρακτηρίζεται από τρείς θερμοκρασίες: την θερμοκρασία της κύριας ροής, την θερμοκρασία του τοιχώματος και την θερμοκρασία του ψυκτικού αέρα. Για την πλήρη διερεύνηση των χαρακτηριστικών της προτεινόμενης μεθόδου ψύξης η εργασία περιλαμβάνει τόσο πειραματικό όσο και υπολογιστικό σκέλος: Υπολογιστικό Σκέλος (Computational part): Ο επιτυχής σχεδιασμός μιας πιθανής γεωμετρίας ψύξης για την συγκεκριμένη περιοχή του δαπέδου (endwall) απαιτεί την γνώση και κατανόηση της τοπικής ροής μέσα στην οποία το τζετ του ψυκτικού πρόκειται να εισέλθει. Επιπλέον, είναι σημαντική η κατανόηση της αλληλεπίδρασης που αναμένεται μεταξύ του ψυκτικού αέρα με την τοπική τρισδιάστατη ροή. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics) για την πρόβλεψη του σχετικού τρισδιάστατου βασικού πεδίου ροής στην περιοχή σύνδεσης του πτερυγίου (blade) - δαπέδου (endwall). Έγιναν προσομοιώσεις τόσο για την βασική γεωμετρία απουσία έγχυσης (οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως πεδίο αναφοράς) όσο και προσομοιώσεις παρουσία της πρωτότυπης έγχυσης οι οποίες αφορούσαν την επίδραση διαφόρων παραμέτρων στην αποτελεσματικότητα της ψύξης της προβληματικής περιοχής. Στις προσομοιώσεις υιοθετήθηκε η εξής θερμοκρασιακή κατανομή: Θερμό δάπεδο (endwall) - Θερμότερη κύρια ροή (mainstream) - Ψυχρός αέρας έγχυσης, η οποία είναι και αντίστοιχη με αυτήν που εμφανίζεται σε πραγματικές εφαρμογές. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων βοήθησαν στην κατανόηση του ροϊκού πεδίου στην περιοχή σύνδεσης τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά σε ότι αφορά τα σχετικά μεγέθη των ροϊκών δομών και των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών τις περιοχής. Αυτό είχε ώς αποτέλεσμα τον αποτελεσματικό σχεδιασμό της πρωτότυπης γεωμετρίας έγχυσης. Επιπλέον, οι υπολογιστικές προβλέψεις ήταν πολύ βοηθητικές προς την κατεύθυνση κατανόησης και ερμηνείας των πειραματικών αποτελεσμάτων, αφού παρείχαν την δυνατότητα συσχέτισης της προκύπτουσας κατανομής της θερμοκρασίας στο δάπεδο (endwall) με τις τοπικές τρισδιάστατες ροές. Πειραματικό Σκέλος (Experimental part): Για την πειραματική διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της προτεινόμενης μεθόδου ψύξης, χρησιμοποιήθηκε μια νέα τεχνική η οποία αναπτύχθηκε ως μέρος της παρούσας εργασίας, υιοθετώντας θερμοκρασιακή κατανομή αντίστροφη από αυτήν που χρησιμοποιήθηκε για τις υπολογιστικές προβλέψεις, π.χ. Ψυχρή κύρια ροή (mainstream) - Θερμό πλαϊνό τοίχωμα (endwall) - Θερμότερος αέρας έγχυσης. Χρησιμοποιώντας την μέθοδο αυτή και με την χρήση υπέρυθρης θερμογραφίας (infrared thermography), ποσοτικοποιείται η αποτελεσματικότητα στην ψύξη του πλαϊνού τοιχώματος και προσδιορίζεται η περιοχή στην οποία η ψύξη είναι αποτελεσματική. Επιπλέον της ποιοτικής και ποσοτικής αποτίμησης της αποτελεσματικότητας της ψύξης, ήταν αναγκαίες αεροδυναμικές μετρήσεις για τον καθορισμό του αεροδυναμικού κόστους της προτεινόμενης μεθόδου ψύξης. Οι μετρήσεις αυτές, δίνουν μια ένδειξη του κατά πόσον η μέθοδος επηρεάζει την μεγέθυνση και ένταση των δευτερογενών ροών (π.χ. δίνη διακένου (passage vortex)) στην περιοχή κατάντη της ζώνης αλληλεπίδρασης του ψυκτικού τζετ με την τοπική τρισδιάστατη ροή. / The thermodynamic analysis of the Brayton cycle designates that the thermal efficiency and the specific work output of a Gas Turbine can be improved by increasing the Turbine Inlet Temperatures. Furthermore, increment of the turbine inlet temperatures also results into lower fuel consumption rates, while, if the gas turbine is meant for propulsion purposes, increment of the turbine inlet temperatures also results into increased engine thrust. Unfortunately, these high gas temperatures jeopardize the integrity of the high pressure turbine components and more particular, the turbine blades and the endwall on which the blades are attached. In modern turbines, the turbine inlet temperature may reach the level of 1900K, exceeding by far the melting temperature of the metal walls. As a result, the turbine components operate at much harsher environments than in the past. Maintaining adequate life in these high temperatures requires the development of new materials and manufacturing processes, as well as efficient cooling methods for the components of the turbine. In order to address and avoid the failure of the blades and endwall of a turbine cascade, the method of "film cooling" has been incorporated as part of the components design process. In the latter method, air is bled from the compressor stage, passed through internal chambers of the engine to the turbine components and is injected through discrete holes in the walls of the blades and the endwall, forming a thin protective layer film between the hot combustion gases and the metal surfaces of the parts. A critical region that is subjected into increased thermal stresses is the area around the leading edge - endwall juncture, which is inherently dominated by the presence of strong three dimensional secondary flows (also known as juncture flows) responsible for the increment of the local heat transfer rates to the order of 350%. Moreover, these flows, prevent the penetration of the fluid in the problematic area, displacing the coolant mass flux away from the surface of the endwall before providing adequate cooling. The subject of the current thesis, is the design, development and testing (both experimental and computational) of a prototype cooling scheme (with the method of film cooling), in order to effectively address the endwall overheating problem around the leading edge - endwall juncture, especially around the stagnation plane area. The main feature of the novel injection method is that the coolant air is ejected in such a way that the cooling effectiveness in the area is assisted by the rotational sense of local three-dimensional flows. The complexity of film cooling for the problematic area arises from two facts. Firstly, as mentioned previously the flow around the leading edge junction is characterized by complex three dimensional flows. Secondly, the problem is characterized by three temperatures: the temperature of the main flow, the endwall temperature and the temperature of the coolant air. In order to fully investigate the features and characteristics of the proposed cooling method, the work of the current thesis includes both, an experimental and a computational part: Computational part: The successful design of a possible cooling scheme for the particular region of the endwall requires the knowledge and understanding of local flow in which the coolant jet is to be entrained. Furthermore, it is important to understand the expected interaction between the coolant air and the local three-dimensional flow. For this purpose, the method of Computational Fluid Dynamics was employed for predicting the relevant three-dimensional flow field around the blade-endwall junction area. Simulations were made for both, the basic geometry in the absence of any coolant injection (which were used as a reference point) and simulations during the employment of the proposed coolant injection method which concerned the effect of various parameters on the cooling efficiency of the problematic area. For the simulations, the following temperature step was adopted: Warm endwall - Warmer main flow (mainstream) - Cold air injection, which is similar to that seen in real applications. The CFD predictions were very helpful towards understanding the relevant flow field in the junction area, both qualitatively and quantitatively in terms of the relative magnitudes of the flow structures and the aerodynamic characteristics of the flow in the region. Experimental part: For the experimental investigation regarding the effectiveness of the proposed cooling method, a new experimental technique was employed which was developed as part of the current thesis. In the latter technique, a reversed temperature step is adopted (when compared to the relevant temperature step adopted for the numerical simulations), e.g. Cold main flow (mainstream) - Warm endwall - Warmer air injection. Along with the use of infrared thermography, the endwall film cooling effectiveness is quantified and the region that the injection is effective is determined. In addition to the qualitative and quantitative evaluation of the cooling effectiveness, extensive aerodynamic measurements were necessary in order to evaluate the aerodynamic costs of the proposed cooling method. These measurements provide an indication of whether the cooling process affects the growth and intensity of secondary flows (e.g. passage vortex) in the region downstream of the coolant jet-local three-dimensional flow interaction.