Wind turbine power and land cover effects on cumulative bat deaths

Wind turbines (WT) cause bird and bat mortalities which depend on the WT and landscape features. The effects of WT features and environmental variables at different spatial scales associated to bat deaths in a mountainous and forested area in Thrace, NE Greece were investigated. Initially, we sought to quantify the most lethal WT characteristic between tower height, rotor diameter and power. The scale of interaction distance between bat deaths and the land cover characteristics surrounding the WTs was quantified. A statistical model was trained and validated against bat deaths and WT, land cover and topography features. Variance partitioning between bat deaths and the explanatory covariates was conducted. The trained model was used to predict bat deaths attributed to existing and future wind farm development in the region. Results indicated that the optimal interaction distance between WT and surrounding land cover was 5 km, the larger distance than the ones examined. WT power, natural land cover type and distance from water explained 40 %, 15 % and 11 % respectively of the total variance in bat deaths by WTs. The model predicted that operating but not surveyed WTs comprise of 377.8% and licensed but not operating yet will contribute to 210.2% additional deaths than the ones recorded. Results indicate that among all WT features and land cover characteristics, wind turbine power is the most significant factor associated to bat deaths. Results indicated that WTs located within 5 km buffer comprised of natural land cover types have substantial higher deaths. More WT power will result in more deaths. Wind turbines should not be licensed in areas where natural land cover at a radius of 5km exceeds 50%. These results are discussed in the climate-land use-biodiversity-energy nexus

A reference architecture for cloud-edge meta-operating systems enabling cross-domain, data-intensive, ML-assisted applications: architectural overview and key concepts

Future data-intensive intelligent applications are required to traverse across the cloudto-edge-to-IoT continuum, where cloud and edge resources elegantly coordinate, alongside sensor networks and data. However, current technical solutions can only partially handle the data outburst associated with the IoT proliferation experienced in recent years, mainly due to their hierarchical architectures. In this context, this paper presents a reference architecture of a meta-operating system (RAMOS), targeted to enable a dynamic, distributed and trusted continuum which will be capable of facilitating the next-generation smart applications at the edge. RAMOS is domain-agnostic, capable of supporting heterogeneous devices in various network environments. Furthermore, the proposed architecture possesses the ability to place the data at the origin in a secure and trusted manner. Based on a layered structure, the building blocks of RAMOS are thoroughly described, and the interconnection and coordination between them is fully presented. Furthermore, illustration of how the proposed reference architecture and its characteristics could fit in potential key industrial and societal applications, which in the future will require more power at the edge, is provided in five practical scenarios, focusing on the distributed intelligence and privacy preservation principles promoted by RAMOS, as well as the concept of environmental footprint minimization. Finally, the business potential of an open edge ecosystem and the societal impacts of climate net neutrality are also illustrated.For UPC authors: this research was funded by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities and FEDER, grant number PID2021-124463OB-100.Peer ReviewedPostprint (published version

Leveraging Graph Analytics for Energy Efficiency Certificates

As energy efficiency is becoming a subject of utter importance in today’s societies, the European Union and a vast number of organizations have put a lot of focus on it. As a result, huge amounts of data are generated at an unprecedented rate. After thorough analysis and exploration, these data could provide a variety of solutions and optimizations regarding the energy efficiency subject. However, all the potential solutions that could derive from the aforementioned procedures still remain untapped due to the fact that these data are yet fragmented and highly sophisticated. In this paper, we propose an architecture for a Reasoning Engine, a mechanism that provides intelligent querying, insights and search capabilities, by leveraging technologies that will be described below. The proposed architecture has been developed in the context of the H2020 project called MATRYCS. In this paper, the reasons that resulted from the need of efficient ways of querying and analyzing the large amounts of data are firstly explained. Subsequently, several use cases, where related technologies were used to address real-world challenges, are presented. The main focus, however, is put in the detailed presentation of our Reasoning Engine’s implementation steps. Lastly, the outcome of our work is demonstrated, showcasing the derived results and the optimizations that have been implemented

Απομένουσα συμπεριφορά ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα μετά από έκθεση σε φωτιά: πειραματική διερεύνηση και τεχνικές προσομοίωσης

Textile reinforced concrete (TRC) is a promising composite material with enormous potential in structural applications because it offers the possibility to construct lightweight but strong and sustainable elements. However, despite the reasonably good heat resistance of the inorganic matrices and the well-established knowledge on the high-temperature performance of the commonly used fibrous reinforcements, their application in TRC elements with very small thicknesses makes their effectiveness questionable. The concrete cover protecting the textile reinforcement is an order of magnitude smaller than in the case of steel-reinforced concrete elements. Furthermore, the experimental investigations that have been conducted so far are limited; hence, several knowledge gaps can be identified in the current state-of-the-art. Finally, among the published relevant studies there are large inconsistencies in the testing methods and conditions; thus, it is difficult to draw reliable conclusions about the thermomechanical behavior of the material.This research investigates the residual performance of TRC after exposure to fire via an extensive experimental campaign which provided data on the loadbearing resposne (tensile and flexural) of six TRC compositions, on a wide range of temperatures (20 °C to 700 °C). The six compositions differed by the reinforcing material (carbon or combination of glass and carbon), the sizing of the reinforcement (uncoated, polymer coated or impregnated) and the amount of reinforcement. The novelties of this campaign lie in (i) the quantification of the effect of the textile sizing and the protective concrete cover, (ii) the investigation of the performance of hybrid reinforcement, and (iii) the heat treatment of the specimens with actual fire tests (with durations varying between 7 and 37 minutes). The test results were modeled by analytical and numerical approaches. Existing analytical approaches were used as a tool to describe the behavior of fire exposed TRC in tension, while numerical simulations were developed to model its flexural performance. The novelty of the numerical model lies in the application of a mechanical layer-wise model in combination with a heat transfer model that determines the exposure temperature at every position of a fire-exposed specimen.The thesis concludes that the most decisive parameter for the residual capacity of TRC after exposure to fire is the surface treatment of the reinforcement; uncoated carbon fiber textiles being the best solution (owing to the superiority of carbon fibers at elevated temperature compared to other materials). Polymer coatings lead to faster reduction of the mechanical properties as temperature increases (due to the deterioration of the textile-to-matrix interface as the coating burns) while impregnation with epoxy resins inhibits an increased risk of thermal spalling due to the evaporation of the resin. Based on the provided knowledge, compositions with hybrid reinforcement can also present a favorable behavior with a proper design. This research also shows that the temperature profile of a fire exposed TRC element can be determined with a conduction heat transfer model and, consequently, the flexural performance of the element can be modeled with a layer-wise technique (assigning the predicted temperature to each layer). This modeling technique can be used to simulate correctly the flexural capacity of a heated element. Based on the flexure tests and their numerical simulation it is concluded that the mortar plays a key role too on the residual flexural capacity of fire exposed TRC elements; hence, its contribution should be modeled with accuracy. Finally, this research showed that the applicability of the Aveston-Cooper-Kelly theory can be applied to TRC elements at high temperatures as long as a representative degradation law is adopted. Such a law can be obtained by fitting analytical expressions to experimental results on fire exposed TRC elements tested in tension.Τα Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) είναι ένα πολλά υποσχόμενο σύνθετο υλικό με τεράστιες δυνατότητες σε δομικές εφαρμογές επειδή προσφέρει τη δυνατότητα κατασκευής ελαφρών αλλά ισχυρών και βιώσιμων στοιχείων. Ωστόσο, παρά τη σχετικά καλή αντοχή στη θερμότητα των ανόργανων μητρών και την καλά τεκμηριωμένη γνώση σχετικά με την απόδοση των συνηθισμένων ινωδών οπλισμών σε υψηλές θερμοκρασίες, η εφαρμογή τους σε στοιχεία ΙΑΜ με πολύ μικρό πάχος καθιστά την αποτελεσματικότητά τους αμφισβητήσιμη. Η επικάλυψη από σκυρόδεμα που προστατεύει τον οπλισμό από ίνες είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερο από ό, τι στην περίπτωση στοιχείων από σκυρόδεμα οπλισμένο με χάλυβα. Επιπλέον, οι πειραματικές έρευνες που έχουν διεξαχθεί έως τώρα είναι περιορισμένες. Ως εκ τούτου, αρκετά κενά γνώσης μπορούν να εντοπιστούν στην τρέχουσα κατάσταση της τελευταίας τεχνολογίας. Τέλος, μεταξύ των δημοσιευμένων σχετικών μελετών υπάρχουν μεγάλες ασυνέπειες στις μεθόδους και τις συνθήκες δοκιμής. Έτσι, είναι δύσκολο να εξαχθούν αξιόπιστα συμπεράσματα σχετικά με τη θερμομηχανική συμπεριφορά του υλικού.Η παρούσα μελέτη διερευνά την απομένουσα απόδοση των ΙΑΜ μετά την έκθεση σε φωτιά μέσω μιας εκτεταμένης πειραματικής διερεύνησης που έδωσε δεδομένα για τη φέρουσα αντίσταση (εφελκυστική και καμπτική) έξι συνθέσεων ΙΑΜ, σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών (20 °C έως 700 °C). Οι έξι συνθέσεις διέφεραν από το ενισχυτικό υλικό (ίνες άνθρακα ή συνδυασμός ινών υάλου και άνθρακα), το τελείωμα του οπλισμού (μη επικαλυμμένο, επικαλυμμένο με πολυμερές ή εμποτισμένο) και την ποσότητα του οπλισμού. Οι καινοτομίες αυτής της εκστρατείας έγκειται στην (i) ποσοτικοποίηση της επίδρασης του τελειώματος του πλέγματος και της προστατευτικής επικάλυψης από σκυρόδεμα, (ii) στη διερεύνηση της απόδοσης του υβριδικού οπλισμού και (iii) στην έκθεση των δειγμάτων σε πρότυπες δοκιμές πυρός (με διάρκεια που κυμαίνεται μεταξύ 7 και 37 λεπτών). Τα αποτελέσματα των δοκιμών προσομοιώθηκαν με αναλυτικές και αριθμητικές προσεγγίσεις. Υπάρχουσες αναλυτικές προσεγγίσεις χρησιμοποιήθηκαν ως εργαλείο για να περιγράψουν τη συμπεριφορά του εκτεθειμένου στη φωτιά υλικού σε εφελκυσμό, ενώ αριθμητικές προσομοιώσεις αναπτύχθηκαν για να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά του σε κάμψη. Η καινοτομία του αριθμητικού προσομοιώματος έγκειται στην εφαρμογή ενός μηχανικού στρωματομένου μοντέλου σε συνδυασμό με ένα μοντέλο μεταφοράς θερμότητας που καθορίζει τη θερμοκρασία έκθεσης σε κάθε θέση ενός δείγματος εκτεθειμένου στη φωτιά.Η διατριβή καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η πιο καθοριστική παράμετρος για την υπολειπόμενη αντίσταση των ΙΑΜ μετά την έκθεση σε φωτιά είναι η επιφανειακή επεξεργασία του οπλισμού. Τα μη επικαλυμμένα υφάσματα από ανθρακονήματα είναι η καλύτερη λύση (λόγω της ανωτερότητας των ινών άνθρακα σε αυξημένη θερμοκρασία σε σύγκριση με άλλα υλικά). Οι πολυμερικές επικαλύψεις οδηγούν σε ταχύτερη μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία (λόγω της φθοράς της διεπαφής πλέγματος προς μήτρα καθώς η καίγεται η επικάλυψη του πλέγματος), ενώ ο εμποτισμός με εποξειδικές ρητίνες οδηγεί σε αυξημένο κίνδυνο θερμικής έκρηξης λόγω της ταχείας εξάτμισης της ρητίνης. Με βάση τις υπάρχουσες γνώσεις, οι συνθέσεις με υβριδική ενίσχυση (ίνες άνθρακα και υάλου) μπορούν επίσης να παρουσιάσουν ευνοϊκή συμπεριφορά με σωστό σχεδιασμό. Αυτή η έρευνα δείχνει επίσης ότι το προφίλ θερμοκρασίας ενός εκτεθειμένου στη φωτιά στοιχείου TRC μπορεί να προσδιοριστεί με ένα μοντέλο μεταφοράς θερμότητας και, κατά συνέπεια, η καμπτική συμπεριφορά του στοιχείου μπορεί να προσομοιωθεί με μια τεχνική ανά στρώση (εκχωρώντας την προβλεπόμενη θερμοκρασία σε κάθε στρώμα ). Αυτή η τεχνική προσομοίωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσομοιώσει σωστά την καμπτική ικανότητα ενός εκτεθειμένου σε υψηλή θερμοκρασία στοιχείου ΙΑΜ. Με βάση τις δοκιμές κάμψης και την αριθμητική τους προσομοίωση, συμπεραίνεται ότι το κονίαμα παίζει επίσης βασικό ρόλο στην απομένουσα καμπτική ικανότητα των εκτεθειμένων στη φωτιά στοιχείων ΙΑΜ. Ως εκ τούτου, η συμβολή του θα πρέπει να προσομοιωθεί με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Τέλος, η παρούσα έρευνα έδειξε ότι όσον αφγορά τα υπάρχοντα αναλυτικά προσομοιώματα, η θεωρία Aveston-Cooper-Kelly μπορεί να εφαρμοστεί σε στοιχεία ΙΑΜ εκτεθειμένα σε υψηλές θερμοκρασίες, αρκεί να υιοθετηθεί ένας αντιπροσωπευτικός νόμος υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων των επιμέρους υλικών (ίνες, μητρικό υλικό). Ένας τέτοιος νόμος μπορεί να επιτευχθεί με την προσαρμογή αναλυτικών εκφράσεων σε πειραματικά αποτελέσματα σε εκτεθειμένα στη φωτιά στοιχεία ΙΑΜ που δοκιμάστηκαν σε εφελκυσμό

Προσομοίωση της ανάντη λεκάνης του ποταμού Πηνειού και ανάλυση ευαισθησίας με χρήση του υδρολογικού μοντέλου HEC - HMS

133 σ.Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η υδρολογική ανάλυση της απόκρισης της λεκάνης απορροής του Πηνειού σε πλημμυρικά επεισόδια. Για την ανάλυση αυτή επιλέχτηκαν τρία πλημμυρικά επεισόδια από τα οποία τα δύο χρησιμοποιήθηκαν για την βαθμονόμηση του μοντέλου και την εύρεση των τιμών των παραμέτρων που θα είναι σταθερές για κάθε επεισόδιο και το τρίτο για την επαλήθευση του μοντέλου. Η ανάλυση αφορά στην λεκάνη απορροής του ποταμού Πηνειού, συνολικής έκτασης 2881.96 km2 , την οποία έχουμε χωρίσει σε τρεις υπολεκάνες. Τα πρωτογενή δεδομένα, δηλαδή ύψη βροχής και παροχή, προέρχονται από τους βροχογραφικούς σταθμούς ‘Μεγάλη Κερασιά’, ‘Καρδίτσα’ και ‘Δρακότρυπα’ και από τον σταθμηγραφικό σταθμό ‘γέφυρα Αλή Εφέντη’. Για την επεξεργασία των δεδομένων και την προσομοίωση της λεκάνης απορροής, χρησιμοποιήθηκε το υδρολογικό μοντέλο HEC – HMS σε συνδυασμό με το Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών ArcView. Για την προσομοίωση των επιμέρους συνιστωσών του υδρολογικού κύκλου, επιλέξαμε τις καταλληλότερες των μαθηματικών μεθόδων που παρέχει το πρόγραμμα. Για το πρότυπο των απωλειών επιλέξαμε τη μέθοδο SCS (αριθμού καμπύλης CN), για το πρότυπο της άμεσης απορροής το μοναδιαίο υδρογράφημα του Snyder, για το πρότυπο βασικής απορροής την μέθοδο της εκθετικής μείωσης και για το πρότυπο της διόδευσης στον ποταμό την μέθοδο Muskingum. Για την διαδικασία της βαθμονόμησης, όπως ήδη αναφέρθηκε, χρησιμοποιήθηκαν δύο πλημμυρικά επεισόδια και έγινε σύγκριση των εκτιμημένων παροχών με τις παρατηρημένες στην θέση ‘γέφυρα Αλή Εφέντη’. Βρέθηκαν έτσι, με τη μέθοδο ‘δοκιμής σφάλματος’, οι τιμές των παραμέτρων οι οποίες θα είναι σταθερές για κάθε πλημμυρικό επεισόδιο. Με σταθερές πλέον αυτές τις παραμέτρους και χρήση του αλγόριθμου Univariate Gradient και της αντικειμενικής συνάρτησης ‘άθροισμα των τετραγώνων των διαφορών’, υπολογίσαμε και τις υπόλοιπες παραμέτρους οι οποίες όμως παίρνουν διαφορετική τιμή για κάθε επεισόδιο. Το τρίτο επεισόδιο χρησιμοποιήθηκε για την επαλήθευση του ομοιώματος ενώ για την επίδοση της βαθμονόμησης χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις στατιστικοί δείκτες. XVI Καταλήξαμε λοιπόν στα βαθμονομημένα πλημμυρογραφήματα και προχωρήσαμε στην ανάλυσή τους και στην εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων τόσο για την μορφή τους όσο και για τις βελτιστοποιημένες τιμές των παραμέτρων. Το τελευταίο στάδιο της παρούσης εργασίας ήταν η ‘ανάλυση ευαισθησίας’. Παρακολουθήσαμε δηλαδή την ευαισθησία της απόκρισης της λεκάνης σε μεταβολές των τιμών κάποιων από τις παραμέτρους. Με την βοήθεια επιλεγμένων διαγραμμάτων και την ανάλυσή τους εξήγαμε και εδώ συμπεράσματα που αφορούν στο κατά πόσο επηρεάζει την απόκριση της λεκάνης η αυξομείωση μιας παραμέτρου όταν οι υπόλοιπες διατηρούνται σταθερές.Παναγιώτης Κ. Καψάλη

Control of boundary layer transition, turbulent separation and airfoil performance via active flow control methods

At the beginning of the 21st century, Fluid Mechanics applications are connected with every aspect of human activity. The search for more effective power generation machines, the need for faster and more distant transportations, the ambition to explore the universe, the pursuit of more massive constructions, the continuous consumption of gigantic energy quantities and the increasing demands of the defence industries are some of the most obvious examples that make the optimization of the fluid flows essential. The optimization of a flow involves theoretical studies of its characteristics, simulations and experiments. Many times, control and guidance of flows are useful methods for their optimization. This Doctoral thesis is an attempt to couple the foregoing aspects, aiming to add to the research on active flow control. This aerodynamic structure of airfoil was selected due to its wide use in numerous applications such as air-vehicles, power plants and wind turbines. For this purpose, a numerical model was used in the form of the computational aerodynamics code CAFFAeroel, which was improved to simulate several categories of airflow around an airfoil. The obtained numerical results are useful in the study of the main factors which affect the characteristics of the above air flows. The main part of this study focuses around the active control or guidance of the boundary layer. Active flow guidance came up as an idea with the widespread use of aerodynamic bodies, while interest has peaked in recent decades, and boundary layer control tends to be the main route to achieve flow optimization. Firstly, new software was developed that can construct the geometry of airfoils and was combined with a code generating curvilinear numerical grids. Subsequently, the computational aerodynamics code CAFFAeroel was extended and improved. The improvements, mainly, concerned the turbulence models, the simulation of surface roughness and the determination of flow transition from laminar to turbulent. The introduction of a new transition model and the improvement of the k-ω turbulence model constitute the first two elements of originality of this thesis. As a result, the new aerodynamic code CAFFAeroel is more accurate in simulating transitional flows, especially at low angles of attack. Furthermore, the original CAFFAeroel was appropriately modified to allow simulations of blowing and/or suction of the boundary layer. Air flow simulations around an NACA0012 airfoil were carried out, in order to assess the effect of specific factors on the flow characteristics. A detailed study was made concerning the active boundary layer control and comprehensive results are presented about the influence on the flow around the airfoil and its aerodynamic performance. The main goal was to determine the physical, operational and cost effective limits of the obtained flow optimization. The structure of this thesis was dictated by the need to sequentially study the phenomena that are associated with the flow around an airfoil. Thus, simulations are presented and conclusions are drawn concerning the effect on the point of flow transition onset of parameters such as the surface roughness, the angle of attack, the Reynolds number, the incoming turbulence intensity, and the blowing or suction of the boundary layer. The simulation results help to draw conclusions and to explain the effect of these parameters on the flow characteristics and the aerodynamic performance of the airfoil. From the results of the present study which are compared with experimental measurements and other similar numerical results, the following main conclusions are drawn: Regarding flow transition, the roughness of the airfoil affects significantly the transition phenomenon. Surfaces with higher roughness cause an upstream movement of the point of flow transition. However, there is a saturation point, beyond which any further increase of the roughness height cannot change the position of the transition point. The closer to the airfoil leading edge the roughness area is located, the more upstream moves the transition point. This movement is also proportional to the width of the roughness area. For a series of sequential roughness areas, the greatest influence is caused by the first roughness strip, its width and height being crucial. A roughness area does not change the position of the transition point, if it is located downstream from it. Higher free stream turbulence moves the point of transition upstream. The angle of attack is the most important factor, moving the transition point upstream towards the leading edge (LE) for larger angles of attack. Increasing the Reynolds number of the incident flow, results to analogous upstream movement at a given angle of attack. Suction of fluid from the boundary layer near the wall can delay flow transition. More intense suction may bring further delay of the transition, while a widening of the suction area has an analogous effect. The most effective location for suction lies just downstream of the point of the expected transition onset. Similarly, blowing fluid into the boundary layer causes a delay of transition. An increase of the injected fluid flow rate and a decrease of the injection angle, with respect to the airfoil surface, can delay flow transition. The optimal application area for blowing is located just upstream from the estimated point of transition onset. Again, multipoint blowing from several successive slots is more effective than blowing through a single slot. Regarding the aerodynamic performance of the airfoil, the following main conclusions may be drawn: Airfoils with higher roughness produce increase drag and reduce lift, thus, leading to reduced aerodynamic performance, because boundary layer separation occurs at lower angles of attack and nearer to the trailing edge. These effects become more intense when the roughness area starts closer to the trailing edge. The width of a rough area is an important factor which provokes earlier boundary layer separation, when increased. However the roughness height remains the most important parameter. A roughness strip located near the trailing edge helps the flow to remain attached to the surface. This is mainly due to the local production of turbulence, which enforces the boundary layer with higher momentum from the outer layers of the flow. Roughness strips that cover a part of the airfoil surface, followed by intermediate smooth parts, have a weaker effect on the aerodynamic performance of the airfoil, than a continuous strip, over the same total width. Comparing two cases of roughness strips in array, over the same width along the airfoil, the more effective is the array with the denser distribution of strips. The roughness height of the first strip is a dominant factor, because it is the first one encountered by the fluid. Increased free-stream turbulence causes a drop of the aerodynamic performance of the airfoil. This is due to the perturbations of the main flow, making the boundary layer more unstable and prone to turbulent separation. Active flow control through suction of fluid from the boundary layer can improve the ratio of lift-to-drag of the airfoil. As the suction point moves downstream from the leading edge, it decreases the pressure on the upper airfoil surface, near the minimum pressure point, until saturation takes place. The optimum position for the suction slot is located at a distance from 5% to 15% of the chord length. The angle of attack for maximum lift is increased in the presence of suction, while the aerodynamic performance of the airfoil is improved more when an increased suction intensity is applied or when suction is made through a series of slots (multipoint suction). Blowing into the boundary layer can also enhance the performance of an airfoil by helping the fluid follow a smoother path. The optimum blowing position is found to be at a distance from 75% to 85% of the chord length, while the optimum blowing is in the direction of the main flow/airfoil surface. Increasing the blowing intensity (at the optimum location) improves the lift and slightly the drag, thus, leading to a better airfoil aerodynamic performance. Increased blowing intensity significantly delays the flow detachment near the trailing edge, without increasing the angle of attack for maximum lift. Blowing through an array of slots produces better results with lower total blowing intensity (i.e. cost effective), and increases the angle of attack for maximum lift. Finally, as future prospects of furthering the present research, the following are proposed: a) Introduction of the k-ω SST turbulence model into the CAFFAeroel code in order to improve the simulation of separated flows, b) Converting the code to three-dimensional, in order to include diffusion/interaction phenomena in the third direction, c) Study of flow control through blowing/suction in combination with lift-enhancing devices (e.g. flaps, slats), d) Simulation of unsteady blowing/suction, and e) Study of blowing/suction in the presence of heat transferΣτις απαρχές του 21ου αιώνα οι εφαρμογές της Ρευστομηχανικής έχουν κατακλύσει κάθε πτυχή των δραστηριοτήτων του ανθρώπου. Η αναζήτηση αποτελεσματικότερων μηχανών παραγωγής ισχύος, η ανάγκη για ταχύτερα και μεγαλύτερα μέσα μετακίνησης, η φιλοδοξία για εξερεύνηση του σύμπαντος, η επιδίωξη πιο ογκωδών κατασκευών, η κατανάλωση γιγάντιων ενεργειακών ποσοτήτων και οι αυξανόμενες απαιτήσεις των αμυντικών βιομηχανιών είναι μερικά από τα πιο ηχηρά παραδείγματα όπου η βελτιστοποίηση της ροής των ρευστών καθίσταται απαραίτητη.Η βελτιστοποίηση των ροών προϋποθέτει θεωρητική μελέτη των χαρακτηριστικών τους, την προσομοίωση και το πείραμα. Πολλές φορές, ο έλεγχος και η καθοδήγηση των ροών είναι χρήσιμες μέθοδοι για την βελτιστοποίηση τους. Η παρούσα Διατριβή είναι μια συμβολή στη σύζευξη των παραπάνω, ώστε να εμπλουτιστεί η έρευνα επί της ενεργητικής καθοδήγησης των ροών. Επιλέχθηκε η αεροδυναμική δομή μιας αεροτομής λόγω της ευρείας χρήσης της σε πλήθος εφαρμογών, όπως ιπτάμενα μέσα, μονάδες παραγωγής ενέργειας και ανεμογεννήτριες. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα αριθμητικό μοντέλο στη μορφή του αεροδυναμικού κώδικα CAFFAeroel, ο οποίος βελτιώθηκε με στόχο την προσομοίωση ροής αέρα γύρω από αεροτομή και την ταυτόχρονη μελέτη των κύριων παραγόντων που την επηρεάζουν. Το ενδιαφέρον επικεντρώθηκε στην ενεργητική καθοδήγηση του οριακού στρώματος της ροής (boundary layer flow control, BLC). Η ενεργητική καθοδήγηση ροών προήλθε ως ιδέα με την ευρεία χρήση αεροδυναμικών σωμάτων, ενώ τις τελευταίες δεκαετίες το ενδιαφέρον έχει κορυφωθεί, καθώς αποτελεί την κύρια οδό βελτιστοποίησης των ροών. Αρχικά αναπτύχθηκε ένα λογισμικό προσδιορισμού της διατομής αεροτομών και συνδυάστηκε με έναν κώδικα παραγωγής καμπυλόγραμμων υπολογιστικών πλεγμάτων. Στη συνέχεια, έγιναν βελτιώσεις στον κώδικα υπολογιστικής αεροδυναμικής CAFFAeroel, ο οποίος αναπτύχθηκε στο Εργ. Ρευστομηχανικής & Στροβιλομηχανών του ΠΘ. Οι βελτιώσεις αυτές αφορούν κυρίως στα μοντέλα τύρβης, σε ένα νέο μοντέλο επιφανειακής τραχύτητας και στον προσδιορισμό του σημείου μετάβασης της ροής από στρωτή σε τυρβώδη. Η εισαγωγή μοντέλου υπολογισμού της μετάβασης μαζί με τις βελτιώσεις του μοντέλου τύρβης Low Re k-ω αποτελούν στοιχεία πρωτοτυπίας της Διατριβής, καθώς προσδίδει στον κώδικα δυνατότητες ακριβέστερης προσομοίωσης μεταβατικών ροών, ιδίως σε μικρές γωνίες προσβολής. Στη συνέχεια, τροποποιήθηκε ο αεροδυναμικός κώδικας ώστε να προσομοιώνει ροές εμφύσησης/απορρόφησης του οριακού στρώματος. Ακολούθησε μια σειρά προσομοιώσεων ροών γύρω την αεροτομή NACA0012 για τον προσδιορισμό της επίδρασης συγκεκριμένων παραγόντων επί των χαρακτηριστικών της ροής. Τελικά, με μία σειρά συνδυαστικών περιπτώσεων προσομοίωσης, μελετήθηκε και έγινε προσπάθεια να κατανοηθεί η δράση της ενεργητικής καθοδήγησης της ροής με εμφύσηση/απορρόφηση του οριακού στρώματος. Η δομή της Διατριβής υπαγορεύτηκε από την ανάγκη διαδοχικής επεξήγησης των φαινομένων, που σχετίζονται με τη ροή γύρω από αεροτομή. Έτσι, παρουσιάζονται πρώτα αριθμητικά αποτελέσματα και εξάγονται συμπεράσματα για την επίδραση της επιφανειακής τραχύτητας, της γωνίας προσβολής, του αριθμού Reynolds, της έντασης τύρβης της προσπίπτουσας ροής, της εμφύσησης και της αποκόλλησης του οριακού στρώματος επί του σημείου μετάβασης της ροής από στρωτή σε τυρβώδη. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται αποτελέσματα, σχολιασμοί και συμπεράσματα για την επίδραση της επιφανειακής τραχύτητας, της έντασης της τύρβης, της εμφύσησης και της απορρόφησης επί των χαρακτηριστικών της ροής και της αεροδυναμικής απόδοσης της αεροτομής. Από τα αποτελέσματα της παρούσας Διατριβής και τη σύγκριση τους με μετρήσεις και άλλες υπολογιστικές εργασίες, προκύπτουν τα εξής κύρια συμπεράσματα όσον αφορά στη μετάβαση της ροής: Η τραχύτητα της αεροτομής επιδρά σημαντικά στη μετάβαση της ροής. Τραχύτερες επιφάνειες επιφέρουν ανάντη μετακίνηση του σημείου μετάβασης της ροής, παρατηρείται όμως κορεσμός. Όσο πιο κοντά στο χείλος προσβολής της αεροτομής είναι η τραχύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάντη μετακίνηση του σημείου μετάβασης. Όσο ευρύτερη είναι, τόσο πιο μεγάλη είναι η μετακίνηση. Σε συστοιχία λωρίδων τραχύτητας σημαντικότερα είναι το πλάτος και το ύψος της πρώτης τραχύτητας. Μια τραχεία περιοχή δεν επιφέρει αλλαγή στο σημείο μετάβασης, εάν βρίσκεται κατάντη αυτού. Η αυξημένη ένταση της τύρβης μετακινεί ανάντη της ροής τη θέση έναρξης της μετάβασης. Η γωνία προσβολής είναι ο σημαντικότερος παράγοντας επίδρασης στο σημείο μετάβασης, το οποίο κινείται προς το χείλος προσβολής (ΧΠ) για μεγαλύτερες γωνίες. Η αύξηση του αριθμού Reynolds επιφέρει μετακίνηση της μετάβασης ανάντη της ροής. Η απορρόφηση του οριακού στρώματος (ΟΣ) καθυστερεί τη μετάβαση. Ωστόσο, ευρύτερη ζώνη απορρόφησης επιβάλλει σημαντικότερη καθυστέρηση, με βέλτιστη θέση εφαρμογής ακριβώς μετά την περιοχή της αναμενόμενης εμφάνισης της μετάβασης. Όμοια, μεγαλύτερη ένταση και μικρότερες γωνίες εμφύσησης καθυστερούν τη μετάβαση, όμως η βέλτιστη θέση εφαρμογής είναι λίγο πριν το σημείο έναρξης της μετάβασης. Η πολλαπλή εμφύσηση είναι πιο αποτελεσματική από την εμφύσηση ενός σημείου. Όσον αφορά στην αεροδυναμική απόδοση της αεροτομής, προκύπτουν τα εξής κύρια συμπεράσματα: Αεροτομές με τραχύτερη επιφάνεια έχουν αυξημένη οπισθέλκουσα και μειωμένη άντωση, και άρα μειωμένη αεροδυναμική απόδοση, καθώς η αποκόλληση του ΟΣ ξεκινά σε μικρότερη γωνία προσβολής. Όσο πιο κοντά στο ΧΠ είναι η τραχύτητα, τόσο πιο πολύ επιδρά στους συντελεστές άντωσης και οπισθέλκουσας. Μεγαλύτερο εύρος τραχύτητας προκαλεί πιο έντονες αλλαγές, αλλά η κυριότερη παράμετρος είναι το ύψος της τραχύτητας. Διάσπαρτες λωρίδες τραχύτητας έχουν ασθενέστερη επίδραση από μία ενιαία λωρίδα με ίδιο σημείο έναρξης με την πρώτη λωρίδα της συστοιχίας. Ανάμεσα σε δύο συστοιχίες με το αυτό συνολικό πλάτος αλλά διαφορετική κατανομή, πιο έντονη είναι η επίδραση της πιο πυκνής συστοιχίας. Η αυξημένη τραχύτητα κοντά στο χείλος εκφυγής της αεροτομής βοηθά στην καθυστέρηση της αποκόλλησης. Αύξηση της τύρβης της ροής προκαλεί πτώση της αεροδυναμικής απόδοσης της αεροτομής. Αυτό συμβαίνει λόγω των διαταραχών στην ελεύθερη ροή που κάνουν το οριακό στρώμα πιο επιρρεπές στην τυρβώδη αποκόλληση και τον αυξημένο ρυθμό ενεργειακών απωλειών. Καθώς το σημείο απορρόφησης του ΟΣ μετακινείται κατάντη της ροής, αυξάνει η υποπίεση στο σημείο ελάχιστης πίεσης, φθάνει όμως σε κορεσμό. Η βέλτιση θέση της απορρόφησης είναι στη θέση 5% έως 15% της χορδής. Η γωνία για μέγιστη άντωση αυξάνεται με την απορρόφηση. Η βελτίωση της αεροδυναμικής απόδοσης μιας αεροτομής είναι σημαντική με την αύξηση της έντασης της απορρόφησης, επέρχεται όμως κορεσμός. Η βέλτιστη θέση της εμφύσησης είναι στη θέση από 75% έως 85% της χορδής, ενώ η βέλτιστη εμφύσηση είναι στην κατεύθυνση της ροής. Η αύξηση της έντασης εμφύσησης (στη βέλτιστη θέση) βελτιώνει την αεροδυναμική απόδοση της αεροτομής, γιατί καθυστερεί σημαντικά την αποκόλληση κοντά στο χείλος εκφυγής (ΧΕ), χωρίς να αυξάνει τη γωνία προσβολής για μέγιστη άντωση. Η αύξηση του εύρους εμφύσησης (συστοιχία οπών) ενισχύει την απόδοση της αεροτομής και αυξάνει τη γωνία προσβολής για μέγιστη άντωση. Τέλος, ως προοπτικές εξέλιξης της παρούσας έρευνας προτείνονται τα εξής: α) Εισαγωγή του μοντέλου τύρβης k-ω SST στον κώδικα CAFFAeroel ώστε να βελτιωθεί η προσομοίωση ροών με ανακυκλοφορία, β) Μετατροπή του κώδικα σε τρισδιάστατο, ώστε να συμπεριλάβει φαινόμενα διάχυσης/αλληλεπίδρασης στην τρίτη κατεύθυνση, γ) Μελέτη της εμφύσησης/απορρόφησης ενεργητικής σε αεροτομές με υπεραντωτικές διατάξεις, δ) Εφαρμογή μη μόνιμης εμφύσησης/απορρόφησης, και ε) Μελέτη της εμφύσησης/απορρόφησης με μεταφορά θερμότητας

Leveraging Graph Analytics for Energy Efficiency Certificates

As energy efficiency is becoming a subject of utter importance in today’s societies, the European Union and a vast number of organizations have put a lot of focus on it. As a result, huge amounts of data are generated at an unprecedented rate. After thorough analysis and exploration, these data could provide a variety of solutions and optimizations regarding the energy efficiency subject. However, all the potential solutions that could derive from the aforementioned procedures still remain untapped due to the fact that these data are yet fragmented and highly sophisticated. In this paper, we propose an architecture for a Reasoning Engine, a mechanism that provides intelligent querying, insights and search capabilities, by leveraging technologies that will be described below. The proposed architecture has been developed in the context of the H2020 project called MATRYCS. In this paper, the reasons that resulted from the need of efficient ways of querying and analyzing the large amounts of data are firstly explained. Subsequently, several use cases, where related technologies were used to address real-world challenges, are presented. The main focus, however, is put in the detailed presentation of our Reasoning Engine’s implementation steps. Lastly, the outcome of our work is demonstrated, showcasing the derived results and the optimizations that have been implemented

Preliminary High-Temperature Tests of Textile Reinforced Concrete (TRC)

Fire-testing of Textile Reinforced Concrete (TRC) is an interesting field in which quite limited research has been conducted so far. In this paper some preliminary tests are presented, where mortars used as binders are heated to 850 °C and their residual strength is tested, while the Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) is also measured, before and after heating, and compared. Additionally, TRC specimens are subjected to flame exposure with a simple set-up and the residual strength is also tested by flexural tests. It is concluded that even with simple set-ups, interesting results can be obtained regarding the structural degradation of the material

State-of-the-Art Review on Experimental Investigations of Textile-Reinforced Concrete Exposed to High Temperatures

Textile-reinforced concrete (TRC) is a promising composite material with enormous potential in structural applications because it offers the possibility to construct slender, lightweight, and robust elements. However, despite the good heat resistance of the inorganic matrices and the well-established knowledge on the high-temperature performance of the commonly used fibrous reinforcements, their application in TRC elements with very small thicknesses makes their effectiveness against thermal loads questionable. This paper presents a state-of-the-art review on the thermomechanical behavior of TRC, focusing on its mechanical performance both during and after exposure to high temperatures. The available knowledge from experimental investigations where TRC has been tested in thermomechanical conditions as a standalone material is compiled, and the results are compared. This comparative study identifies the key parameters that determine the mechanical response of TRC to increased temperatures, being the surface treatment of the textiles and the combination of thermal and mechanical loads. It is concluded that the uncoated carbon fibers are the most promising solution for a fire-safe TRC application. However, the knowledge gaps are still large, mainly due to the inconsistency of the testing methods and the stochastic behavior of phenomena related to heat treatment (such as spalling)