Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχαν. (ΔΔ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 259
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Μελέτη φαινομένου αστικής θερμικής νησίδας, στη πόλη της Καλαμάτας - επίδραση στην ενεργειακή συμπεριφορά κτιρίων
    (2022-12-06) Κυριακόπουλος, Παναγιώτης; Kyriakopoulos, Panagiotis
    Η Αστική Θερμική Νησίδα (ΑΘΝ) είναι το φαινόμενο εκείνο κατά το οποίο οι θερμοκρασίες αέρα, των αστικών περιοχών, εμφανίζονται να είναι υψηλότερες από τις αντίστοιχες των περιαστικών και αγροτικών περιοχών. Η αστική θερμική νησίδα θεωρείται ως το πιο γνωστό αποτέλεσμα της επέμβασης του ανθρώπου στο κλίμα και οφείλεται κυρίως στην αστικοποίηση. Η εμφάνιση της ΑΘΝ συνδέεται άμεσα με τις συνθήκες θερμικής άνεσης στις πόλεις και με την υγεία των ανθρώπων. Επιδρά στην κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη των κτιρίων, επηρεάζει τις δραστηριότητες των ανθρώπων και επιφέρει οικονομικές επιπτώσεις. Βασικοί σκοποί τις παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι: α) η μελέτη του φαινομένου της ΑΘΝ στην παραλιακή πόλη της Καλαμάτας, β) ο προσδιορισμός της έντασης της ΑΘΝ, γ) η μελέτη της ανθρώπινης θερμικής «άνεσης» σε εξωτερικό χώρο στις αστικές, περιαστικές και αγροτικές περιοχές, δ) ο προσδιορισμός των βαθμοωρών θέρμανσης και ψύξης, καθώς και ε) η επίδραση της ΑΘΝ στις ενεργειακές καταναλώσεις των κτιρίων. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχτηκε ένα δίκτυο 11 μετρητικών σταθμών εντός και πέριξ του αστικού ιστού. Επιπλέον, τοποθετήθηκαν 2 ακόμη μετρητικοί σταθμοί σε δύο αγροτικές περιοχές, στην ενδοχώρα και κοντά στη θάλασσα. Οι μετρητικοί σταθμοί κατέγραφαν την θερμοκρασία αέρα καθώς και την σχετική υγρασία, ανά δεκάλεπτο, για δύο συναπτά έτη, 2019 και 2020. Για κάθε θέση των μετρητικών σταθμών προσδιορίστηκε, σε ακτίνα 200μ, το ποσοστό πρασίνου, υπολογίζοντας τον κανονικοποιημένο δείκτη βλάστησης NDVI. Για την ανάλυση της ΑΘΝ θεωρήθηκαν οι μήνες Ιούνιος, Ιούλιος, Αύγουστος και Σεπτέμβριος για τα έτη 2019 και 2020 και μελετήθηκαν α) οι μέσες μηνιαίες ολοήμερες (ολόκληρου του 24ωρου) θερμοκρασίες αέρα (Tmean-24h), β) οι μέσες μηνιαίες ημερήσιες (07:00 έως 21:00) θερμοκρασίες αέρα (Tdaytime), γ) οι μέσες μηνιαίες νυκτερινές (22:00 έως 06:00) θερμοκρασίες αέρα (Tnighttime), δ) οι μέσες μηνιαίες μέγιστες (Tmax-24h) και ε) ελάχιστες (Tmin-24h) θερμοκρασίες αέρα. Τα συμπεράσματα που εξήχθησαν είναι ότι κατά τους μήνες Ιούνιο έως και Σεπτέμβριο, αναπτύσσεται ΑΘΝ αλλά το φαινόμενο δεν είναι πολύ έντονο. Η μέγιστη μέση ωριαία παρατηρούμενη Ένταση Αστικής Θερμικής Νησίδας (ΕΑΘΝ) υπολογίστηκε στους 6.45°C και 6.69°C, τον Σεπτέμβριο του 2019 και του 2020, αντίστοιχα, μεταξύ της αστικής περιοχής και της αγροτικής περιοχής στην ενδοχώρα. Μελετήθηκαν επίσης, οι συνθήκες θερμικής άνεσης σε εξωτερικό χώρο χρησιμοποιώντας τον βιοκλιματικό δείκτη θερμικής άνεσης Humidex (H) και τον δείκτη Heat Index (ΗΙ). Συνθήκες θερμικής δυσφορίας παρατηρήθηκαν κυρίως κατά την διάρκεια της ημέρας και πολύ λιγότερο το βράδυ, με μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης, το διάστημα από 3:00μμ έως και 4:00μμ. Ο δυσμενέστερος μήνας εμφανίζεται να είναι ο Αύγουστος με τις μεγαλύτερες συχνότητες εμφάνισης επικίνδυνων συνθηκών θερμικής δυσφορίας. Με την χρήση του λογισμικού Design Builder / Energy Plus πραγματοποιήθηκαν εξομοιώσεις για ένα τυπικό κτίριο τριών επιπέδων (με κατάστημα στο ισόγειο και κατοικίες στους δύο υπέργειους ορόφους) το οποίο συμμορφώνεται με τις απαιτήσεις του Κανονισμού Ενεργειακής Απόδοσης Κτιρίων (Κ.ΕΝ.Α.Κ). Θεωρήθηκε ότι το κτίριο έχει ανεγερθεί σε κάθε μία διαφορετική θέση όπου έχει τοποθετηθεί μετρητικός σταθμός. Οι ενεργειακές καταναλώσεις για θέρμανση και ψύξη προσδιορίστηκαν από τις εξομοιώσεις. Οι ενεργειακές ανάγκες για θέρμανση είναι ~23% μειωμένες στον αστικό ιστό (αντίστοιχα, οι βαθμοώρες θέρμανσης είναι μειωμένες κατά ~24%) συγκριτικά με την μέση τιμή των αγροτικών περιοχών ενώ οι ανάγκες σε ψύξη είναι υψηλότερες κατά ~8.5% (και κατά ~22% οι βαθμοώρες ψύξης). Η πρωτοτυπία της διδακτορικής διατριβής έγκειται στο γεγονός ότι το φαινόμενο της ΑΘΝ μελετήθηκε, σε συνδυασμό με την θερμική άνεση σε εξωτερικό χώρο και τις ενεργειακές καταναλώσεις των κτιρίων, σε μία μικρού μεγέθους παραλιακή πόλη της Μεσογείου, την Καλαμάτα. Ανάλογα δεδομένα για την συγκεκριμένη περιοχή δεν υπήρχαν μέχρι τώρα. Η συνδυασμένη ανάλυση και το πλήθος των στοιχείων που παρουσιάζονται, όπως τα αναλυτικά χαρακτηριστικά κάθε περιοχής, δίνουν την δυνατότητα για περαιτέρω ανάλυση του φαινομένου της ΑΘΝ και την ανάπτυξη στρατηγικών περιορισμού της σε μικρές παράκτιες Μεσογειακές πόλεις. Αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία, δεδομένου ότι η Μεσόγειος ανήκει στις περισσότερο πληττόμενες, από τη κλιματική αλλαγή, περιοχές.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Multi-fidelity multidisciplinary design & optimization of composite materials aircraft wings
    (2022-11-21) Κιλιμτζίδης, Σπυρίδων; Kilimtzidis, Spyridon
    The resilient and flourishing air travel demand is expected to pose severe environmental threats in the foreseeable future, stressing the need for novel, more sustainable and efficient airframe designs. Towards the realization of this goal, the introduction of high-aspect ratio wing configurations offers enhanced aerodynamic efficiency through induced drag reduction mechanisms, with further performance gains, mainly in terms of structural mass, being attainable via composite materials airframes. Nevertheless, such configurations are prone to undesired phenomena such as geometric nonlinearities and aeroelastic couplings due to elevated flexibility, rendering the design and optimization of such airframes extremely intricate and often prohibitive in terms of computational cost. Low-fidelity tools, often preferred on the early design stages, accelerate the design process, albeit suffering from reduced accuracy and ability to capture higher-order phenomena. Contrastingly, high-fidelity computational methods incur excessive computational cost and are therefore utilized at the latter, detailed design stages. There arises, therefore, on one hand the need for the development of more efficient, rapid yet accurate low-fidelity numerical tools as well as for a combination of the various fidelities involved in the design process in a cost-effective manner, aiming at driving the design towards optimal configurations without significant performance losses. In our approach, a novel optimization framework, utilizing low-cost numerical tools for sizing contemporary composite materials aircraft wings subject to stiffness, strength and dynamic aeroelastic constraints for the conceptual design stage is initially provided. The structural representation of the numerical model is based on the well-established equivalent-plate methodology, capable of reducing the size and computational cost of the associated problem. An equivalent-plate model of a modern transport aircraft wing is developed and compared to its equivalent 3D Finite Element Method model. Results, by means of natural frequencies and modes, indicate excellent accordance between the numerical models. An efficient optimization framework is then presented, with the ply thicknesses of a baseline lay-up being assigned as design variables. The developed framework succeeds to guide the mass of the wing to a minimum while satisfying the constraints under a critical loading scenario. Optimal lay-ups for the skins, spar webs and ribs as well as spar and rib caps dimensions are obtained. The presented optimization framework, exhibiting high accuracy and efficiency, constitutes a robust numerical tool for the early design stages of composite aircraft wings. Moving on, variable fidelity aerodynamic, structural as well as fluid-structure interaction analyses are conducted in order to shed light on their effect on the structural response of a high-aspect ratio composite materials reference wing. A multi-fidelity optimization framework, combining low and high-fidelity tools in a sequential manner, is then proposed, aiming at attaining a minimum mass configuration subject to multidisciplinary design constraints. Optimal lay-ups for all of the components are obtained. The panel buckling phenomenon was deemed critical to the particular design. As demonstrated, reasonable mass reduction was obtained for a future aircraft wing configuration. Furthermore, a surrogate-based optimization framework is also constructed, aiming on the one hand to explore possible mass gains through inclusion of the static aeroelastic response, while reducing the computational cost. Convergence plots as well as the thickness distribution for each component of the wing are presented. As a conclusion, the findings of this thesis are summarized along with suggestions for future work.
  • Thumbnail Image
    Item
    Embargo
    Διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς καρκινικών κυττάρων και συσχέτιση με το μεταστατικό τους δυναμικό πριν και μετά τη χορήγηση χημειοθεραπευτικών παραγόντων
    Μέτσιου, Δέσποινα-Νεκταρία; Metsiou, Despoina-Nektaria
    Η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των καρκινικών κυττάρων μπορεί να συμβάλει στην κατανόηση της παθογένειας που οδηγεί στην κακοήθεια. Η εμφάνιση και η εξέλιξη του καρκίνου, συνδέεται έντονα με τη χαλάρωση των δυνάμεων προσκόλλησης μεταξύ των καρκινικών κυττάρων, διευκολύνοντας έτσι την αδιάλειπτη αποκόλληση από την εξωκυττάρια μήτρα (ECM) και εκ νέου προσκόλληση σε αυτήν, προκειμένου το καρκινικό κύτταρο να κινηθεί προς την κατεύθυνση της μετάστασης. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα καρκινικά κύτταρα υφίστανται μηχανικές καταπονήσεις και ανταποκρίνονται με παραμόρφωση της ολικής εσωτερικής δομής τους και μεμβράνης, ενώ προκαλούνται προεξοχές καθώς εισβάλουν στους γειτονικούς ιστούς. Η κυτταρική απόκριση στις μηχανικές δυνάμεις σχετίζεται εγγενώς με την αναδιοργάνωση του κυτταροσκελετού, τη διάχυση των συνδέσεων κυττάρου-κυττάρου και την προσκόλληση στο μικροπεριβάλλον της ECM. Επιπλέον, ο ρόλος των πρωτεϊνών εστιακής προσκόλλησης και ιδιαίτερα ο ρόλος της βινκουλίνης στην κυτταρική προσκόλληση και αποκόλληση κατά τη μετανάστευση είναι κρίσιμος, υποδεικνύοντας τις σθεναρές συνδέσεις κυττάρου-ECM που ευνοούν ή αναστέλλουν το μεταστατικό γεγογονός. Η εμβιομηχανική ανάλυση αυτών των αλληλουχιών των γεγονότων μπορεί να αποσαφηνίσει την εξέλιξη του όγκου και τη δυνατότητα των καρκινικών κυττάρων προς μετανάστευση και μετάσταση. Στο πρώτο μέρος της παρούσης μελέτης, διερευνήθηκε η μηχανική συμπεριφορά των αιωρούμενων και προσκολλημένων καρκινικών κυττάρων του μαστού μέσω της μεθόδου της μικροπιπέτας με ιδιαίτερη έμφαση στη σύγκριση της κυτταρικής δυσκαμψίας και των ιξωδοελαστικών παραμέτρων ορμονοεξαρτώμενου τύπου καρκίνου ( ER+), MCF-7, καθώς και καρκινικών κυττάρων που εκφράζουν τον επιδερμικό αυξητικό παράγοντα 2 (HER2+), SKBR-3 πριν και μετά τη θεραπεία με ταμοξιφαίνη και τραστουζουμάμπη, αντίστοιχα. Οι αλλαγές των μηχανικών παραμέτρων έδειξαν σημαντική αύξηση της δυσκαμψίας των κυττάρων, ειδικά μετά τη θεραπεία με τραστουζουμάμπη και αλλαγές στις ιξωδοελαστικές παραμέτρους και στις δύο καρκινικές κυτταρικές σειρές μετά τη θεραπεία. Σύμφωνα με την ανάλυση ανοσοφθορισμού, η αυξημένη δυσκαμψία των κυττάρων αντιστοιχούσε στην αναδιαμόρφωση της F-ακτίνης, η οποία βρέθηκε συγκεντρωμένη περιφερειακά στη μεμβράνη των κυττάρων που έλαβαν αγωγή με ταμοξιφαίνη και περιπυρηνικά συσσωρευμένη στον κυτταροσκελετό καρκινικών κυττάρων που έχει υποστεί θεραπεία με τραστουζουμάμπη, υποδηλώνοντας μειωμένη πιθανότητα κυτταρικής παραμόρφωσης και κινητικότητας. Επιπλέον, αυτά τα αποτελέσματα ήταν σύμφωνα με τη μελέτη της συλλογικής και μονήρους μετανάστευσης μέσω δοκιμασιών επούλωσης τραύματος δι’αμυχής και θαλάμου Boyden αντίστοιχα, όπου βρέθηκε ότι η πιθανότητα μετανάστευσης μειώθηκε σημαντικά μετά τη θεραπεία. Κατά συνέπεια, αυτά τα ευρήματα οδηγούν σε αυξημένο ενδιαφέρον για την κυτταρομηχανική του καρκίνου μετά από θεραπεία με αντικαρκινικούς παράγοντες, κυρίως στην κατανόηση της επίδρασης των αλλαγών των μηχανικών ιδιοτήτων στην πιθανότητα αλλαγής στο μεταστατικό δυναμικό. Στο δεύτερο μέρος αυτής της μελέτης, εκτιμήθηκε η αξιολόγηση του ρυθμού εξάπλωσης και της δύναμης προσκόλλησης μεταξύ των καρκινικών κυττάρων του μαστού-ECM πριν και μετά τη θεραπεία με αντικαρκινικούς παράγοντες. Συγκεκριμένα, η ταμοξιφαίνη χρησιμοποιήθηκε για ER+ καρκινικά κύτταρα μαστού τραστουζουμάμπη και περτουζουμάμπη για HER2+ αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ρυθμός εξάπλωσης μετά τη θεραπεία μειώθηκε σημαντικά και στους δύο τύπους καρκίνου του μαστού, υποδηλώνοντας χαμηλότερο μεταστατικό δυναμικό. Επιπλέον, τα κύτταρα μετά τη θεραπεία απαιτούσαν μεγαλύτερες δυνάμεις προσκόλλησης ώστε να αποκολληθούν από το ECM, υποδηλώνοντας ενίσχυση των συνδέσεων κυττάρου-ECM μετά τη θεραπεία, αποτρέποντας έτσι συμβάντα αποκόλλησης καρκινικών κυττάρων από το ECM, και επομένως, η πιθανότητα κινητικότητας, μετανάστευσης και μετάστασης των κυττάρων αναστέλλεται. Επιπλέον, τα επίπεδα φθορισμού της πρωτεΐνης προσκόλλησης βινκουλίνης μετά την αποκόλληση και μετά τη θεραπεία αυξήθηκαν, υποδεικνύοντας πιο σθεναρές συνδέσεις κυττάρου-ECM γεγονός που μειώνει την πιθανότητα αποκόλλησης κυττάρων και επομένως ελαττώνεται η πιθανότητα κίνησης και μετάστασης. Στο τρίτο μέρος της διατριβής, υπολογίστηκαν οι αλλαγές στο μέτρο ελαστικότητας, στην τραχύτητα της κυτταρικής μεμβράνης και στο μεταναστευτικό δυναμικό των καρκινικών κυττάρων του μαστού πριν και μετά τη θεραπεία με ρυθμιστικό μέσο από ανθρώπινα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα ομφαλίου λώρου (hUMSCs-CM) σε συνθήκες στατικής και δυναμικής κυτταρικής καλλιέργειας σε 2D επιφάνειες και 3D ικριώματα. Είναι ενδιαφέρον το εύρημα ότι τα ER+ καρκινικά κύτταρα έδειξαν θετική απόκριση στη θεραπείας με hUMSCs-CM και συγκεκριμένα στον περιορισμό της βιωσιμότητας των κυττάρων, της κινητικότητας και του μεταστατικού δυναμικού. Επιπλέον, η αύξηση του μέτρου ελαστικότητας μετά τη θεραπεία ER+ κυττάρων υποδηλώνει δύσκαμπτα καρκινικά κύτταρα με περιορισμένη κυτταρική κίνηση και κυτταροσκελετικές αλλοιώσεις γεγονός που ενισχύει τα προηγούμενα αποτελέσματα. Αντίθετα, η μελέτη των HER2+ κυττάρων έδειξε ότι η βιωσιμότητα και το μεταναστευτικό δυναμικό δεν περιορίστηκαν μετά τη θεραπεία με hUMSCs-CM, πιθανώς λόγω της εγγενούς επιθετικότητάς τους. Η αυξημένη βιωσιμότητα των κυττάρων μετά τη θεραπεία και η μειωμένη κυτταρική δυσκαμψία υποδεικνύουν υψηλό δυναμικό κίνησης των κυττάρων. Ως εκ τούτου, η θεραπεία δεν είχε αποτελεσματικότητα στα κύτταρα HER2+.
  • Thumbnail Image
    Item
    Embargo
    Design and process planning methods for additive manufacturing
    Μπίκας, Χαρίσης; Bikas, Charisis
    The scope of the present research is to present a holistic approach regarding design and process planning methods for Additive Manufacturing, creating a concise source of methods and tools that will allow potential users of AM technology to “think additively”, making AM more accessible to the average user, removing requirements for highly specialized knowledge, enabling end empowering uptake of AM. Existing methods related to the evaluation of AM suitability for a specific use case as well as the technological feasibility of AM have been carefully studied. Based on the gaps identified, new methods for evaluation of AM suitability and flexibility have been proposed, implemented into a simple software tool through Excel, and validated across multiple use cases. In addition, existing methods for AM process selection have been studied. To overcome their shortcomings, a new method comprising three discrete but interconnected steps (material selection, AM process family selection, AM machine selection) has been developed and implemented in the form of a software tool. The next step was the identification of existing design approaches and rules/guidelines for Additive Manufacturing, followed by defining the terms of design aspects and design considerations. Design guidelines and specific thresholds per process type were summarised, along with a proposed method to determine these thresholds for a specific process-material combination. A novel approach for algorithmic geometry optimization based on manufacturability aspects has been developed and presented. Subsequently, a method for creating, evaluating, and selecting the optimal production plan with a combination of Additive Manufacturing and subtractive processes has been established. Finally, a method and the related indicators for the overall evaluation of the impact of the adoption of Additive Manufacturing processes at each stage of product development and production has been elaborated. The usability of the proposed methods and the respective tools has been illustrated utilizing use cases coming from the industry. These outcomes are expected towards lowering the cost of transitioning to Additive Manufacturing, which is also linked to AM experts and increasing the knowledge base in an easy-to-use way oriented mainly towards SMEs (small-medium enterprises).
  • Thumbnail Image
    Item
    Restricted
    Ενσωληνωμένοι ανεμοστρόβιλοι με υποβοήθηση από υποπίεση στο απόρευμα σώματος εμποδίου
    Θεοδωρόπουλος, Νικόλαος; Theodoropoulos, Nikolaos
    Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, είναι η μελέτη, ανάπτυξη και δοκιμή (τόσο υπολογιστικά όσο και πειραματικά) μιας πρωτότυπης γεωμετρίας ενσωληνωμένης ανεμογεννήτριας, με σκοπό την μεγιστοποίηση του συντελεστή ισχύος “CP”. Η όλη προσπάθεια ξεκίνησε με μια λεπτομερή διερεύνηση της ανάλυση του Betz, (που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο συντελεστής ισχύος δεν μπορεί να υπερβαίνει το 0.592), που αποσκοπούσε στο να πιστοποιήσουμε ότι το όριο αυτό προήλθε μέσα από μια στιβαρή ανάλυση την οποία επιβεβαιώνουν διαθέσιμες πειραματικές μετρήσεις, [2.18]. Αφού αυτό επιβεβαιώθηκε, μελετήθηκε η ενσωληνωμένη ανεμογεννήτρια. Σε πρώτο στάδιο αποδείχθηκε ότι ο συντελεστής ισχύος CP (ουσιαστικά ο βαθμός απόδοσης) σε περίπτωση ιδανικής ροής (στις ενσωληνωμένες ανεμογεννήτριες) αυξάνεται συνεχώς με τον λόγο διάχυσης, μέχρις ότου η ροή γίνει συμπιεστή. Σε συνθήκες, όμως, πραγματικών ρευστών το μέγεθος του συντελεστή ισχύος περιορίζεται από την παρουσία των οριακών στρωμάτων στα τοιχώματα του διαχύτη. Επομένως, για να αυξηθεί ο συντελεστής ισχύος πρέπει να μειωθεί η δράση των οριακών στρωμάτων μέσω εμφύσησης ατμοσφαιρικού αέρα που βρίσκεται σε μεγαλύτερη πίεση ως προς αυτήν του αέρα μέσα στον διαχύτη. Ένας δεύτερος μηχανισμός υποβοήθησης μπορεί να προέλθει από την δημιουργία απορέματος στην έξοδο του διαχύτη που δημιουργεί η παρουσία μιας στεφάνης στο κατάντη άκρο αυτού), [2.16]. Στην συνέχεια έγινε επεξεργασία πειραματικών αποτελεσμάτων σε ύδρο-σήραγγα. Στα συγκεκριμένα πειράματα οι «ανεμογεννήτριες» εμβαπτίστηκαν μέσα στο νερό με σκοπό να μελετηθεί η συμπεριφορά αυτών σε παλιρροιακά φαινόμενα. Η σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών μοντέλων του Betz και αυτού που ανέπτυξα εγώ και των πειραματικών αποτελεσμάτων που διαθέταμε μας οδήγησε στη πρώτη διεθνώς άμεση πειραματική επιβεβαίωση τόσο του μοντέλου του Betz όσο και του μοντέλου της παρούσας Διατριβής. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την ικανοποιητική εγκυρότητα των δύο μοντέλων για ανεμογεννήτριες οριζοντίου άξονα, ιδίως ως προς το άνω φράγμα του 60%. Θα πρέπει να τονιστεί ότι μέχρι σήμερα η εγκυρότητα αυτή πειραματικά δεν στηριζόταν στην ανάλυση του Bertz αλλά στο γεγονός ότι ο βαθμός απόδοσης των ανεμογεννητριών (δηλαδή ο συντελεστής ισχύος "Cp") σαν συνάρτηση του λόγου ταχυτήτων λ (ταχύτητα περιστροφής των ακροπτερυγίων ως προς την ταχύτητα του ανέμου) δεν υπερέβαινε το όριο των 60% τόσο στη συνήθη διαδικασία σχεδιασμού [με βάση την μέθοδο των πτερυγικών στοιχείων (blade elements)] όσο και σε πειραματικές μετρήσεις κατασκευασμένων ανεμογεννητριών. Μέχρι σήμερα κανένας δεν είχε χρησιμοποιήσει τον συντελεστή επαγωγής (induction factor) "α" που εισήγαγε ο Betz σε ανάλυση πειραματικών δεδομένων, [2.16]. Στην παρούσα εργασία έγινε αλλαγή στην επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων, η οποία επέτρεψε την άμεση συσχέτιση του συντελεστή ισχύος "CP" (δηλαδή του συντελεστή απόδοσης της ανεμογεννήτριας) συναρτήσει της παραμέτρου "α". Αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας ήταν ο χαρακτηρισμός της μεθόδου του Betz ως ικανοποιητικής. Το γεγονός αυτό οδήγησε στο συμπέρασμα ότι όντως το όριο "CP <0.6" ισχύει για όλες τις ελεύθερες ανεμογεννήτριες, οπότε υπέρβαση αυτού του ορίου θα πρέπει να αναζητηθεί στις «ενσωληνωμένες» διατάξεις. Τέλος, για να αυξηθεί η εμπιστοσύνη στο παραπάνω συμπέρασμα, αναπτύχθηκε μια βελτίωση της ανάλυσης του Betz σε ότι αφορά την ανάπτυξη του απορέματος πίσω από την πτερωτή του στροφείου. Στην περιοχή αυτή ο ροϊκός αγωγός λειτουργεί σαν διαχύτης (diffuser).Η βελτίωση αυτή στηρίχτηκε στο γεγονός ότι το συνεχές άνοιγμα της διατομής του διαχύτη απαιτεί αντίστοιχη δαπάνη ενέργειας εκ μέρους του ρευστού. Όπως αποδείχθηκε από την ικανοποιητική συμφωνία μεταξύ προβλέψεων και πειραματικών αποτελεσμάτων, η γρήγορη μείωση στην απόδοση των ανεμογεννητριών για τιμές της παραμέτρου “α” πέρα από την τιμή της βέλτιστης απόδοσης οφείλεται στον παραπάνω μηχανισμό. Σε δεύτερο στάδιο και με βάσει τα παραπάνω προτάθηκε μια πρωτότυπη διάταξη ενσωληνομένης ανεμογεννήτριας που θα οδηγούσε σε αυξημένο συντελεστή ισχύος, της οποίας σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε σχετικό μοντέλο στο οποίο μετρήθηκε η ροή στην είσοδο. Το κύριο χαρακτηριστικό της πρωτότυπης εγκατάστασης είναι η τοποθέτηση του στροφείου της ανεμογεννήτριας μεταξύ δυο διαχυτών που συνεργάζονται με μια διάταξη έγχυσης ατμοσφαιρικού αέρα στην έξοδο του πρώτου διαχύτη για να αυξηθεί η πίεση της ροής. Στην έξοδο του δεύτερου διαχύτη υπάρχει μια στεφάνη (Bluff body) για την δημιουργία του απορεύματος στην έξοδο του διαχύτη. Η ανάλυση και η μοντελοποίηση της προτεινόμενης γεωμετρίας παρουσιάζεται στο κεφάλαιο 4. Σύμφωνα με την ανάλυση μας η βέλτιστη τιμή για τον συντελεστή ισχύος αναμένεται να φθάσει στα επίπεδα CP = 4 ~ 4.5. Εξαιτίας του ότι δεν μπορούσαν να γίνουν μετρήσεις μέσα στα διάκενα του μοντέλου, η μελέτη της ροής υπολογίστηκε μέσω υπολογιστικής προσομοίωσης (CFD Analysis). Τα αποτελέσματα έδειξαν μια καλή λειτουργία της συσκευής. Μικρές μόνο διορθώσεις χρειάζονται στην γεωμετρία των αγωγών. Για την πλήρη διερεύνηση των χαρακτηριστικών της προτεινόμενης μεθόδου η εργασία περιλαμβάνει τόσο υπολογιστικό όσο και πειραματικό σκέλος.