A review on regulations, current status, effects and reduction strategies of emissions for marine diesel engines

Marine diesel engines, which provide main power source for ships, mainly contribute to air pollution in ports and coastal areas. Thus there is an increasing demand on tightening the emission standards for marine diesel engines, which necessitates the research on various emission reduction strategies. This review covers emission regulations and emission factors (EFs), environmental effects and available emission reduction solutions for marine diesel engines. Not only the establishment of the emission control areas (ECAs) in the regulations but also many experiments show high concerns about the sulfur limits in fuels, sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) emissions. Research results reveal that NOx emissions from marine diesel engines account for 50% of total NOx in harbors and coastal regions. Sulfur content in fuel oil is an important parameter index that determines the development direction of emission control technologies. Despites some issues, biodiesel, methanol and liquefied nature gas (LNG) play their important roles in reducing emissions as well as in replacing fossil energy, being promising fuels for marine diesel engines. Fuel-water emulsion (FWE) and exhaust gas recirculation (EGR) are effective treatment option for NOx emissions control. Common rail fuel injection is an effective fuel injection strategy to achieve simultaneous reductions in particulate matter (PM) and NOx. Selective catalytic reduction (SCR) and wet scrubbing are the most mature and effective exhaust aftertreatment methods for marine diesel engines, which show 90% De-NOx efficiency and 95% De-SOx efficiency. It can be concluded that the integrated multi-pollutant treatment for ship emissions holds great promise

PZT and PVDF piezoelectric transducers' design implications on their efficiency and energy harvesting potential

Despite the intensive research carried out in the last two decades, the actual performance of piezoelectric energy harvesters needs significant improvement for widespread applicability. Custom designed experimental set-ups and methods can be applied for the evaluation of new piezoelectric energy harvesters or modified design versions of existing transducers, in terms of efficiency and specific power. In this context, two representative types of commercial cantilever piezoelectric transducers, made of PZT and PVDF material respectively, were tested in various combinations of aerodynamic and harmonic base excitation. A line type laser was used along with long exposure photography for the visualisation of the piezofilm's mode shapes, tip deflection and the digitization of the elastic line at the oscillation extrema. The harvested power was measured at on-resonance conditions and studied relative to the excitation combinations and the mode shapes. Energy conversion efficiency, defined as the ratio of the electric-field energy accumulated by the supercapacitors, over the total elastic strain energy change of the material during the oscillations is measured and compared. Design improvements are proposed for both transducer types to extract and absorb higher amounts of energy and improve their bandwidth to match the available excitation source characteristics. © 2022 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston 2022

Το γήινο και το υπερβατικό στοιχείο στην ποίηση του Άγγελου Σικελιανού και του Γιάννη Ρίτσου

Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρείται η ανίχνευση του γήινου και υπερβατικού στοιχείου στο ποιητικό έργο του Άγγελου Σικελιανού και του Γιάννη Ρίτσου. Μελετάται επίσης η συνομιλία των ποιητών ως προς το συγκεκριμένο θέμα. Η προσπάθεια εκκινεί με την επισκόπηση της λογοτεχνικής θεωρίας αναφορικά με το ζήτημα της ορφικής ιδέας της ποίησης, η οποία διαπερνά το έργο και των δύο ποιητών. Στη συνέχεια ακολουθεί η συγκριτική μελέτη ποιητικών συνθέσεων οι οποίες εμπεριέχουν τη διαπλοκή του γήινου και του υπερβατικού στοιχείου. Η μελέτη δομείται βάσει τριών αξόνων. Ο πρώτος σχετίζεται με τη διττή - γήινη και υπερβατική- εκδοχή της φύσης, ο δεύτερος με τη θέαση του ρόλου των δύο ποιητών μέσα στην κοινωνία, και ο τρίτος αφορά τη χρήση του χριστιανικού μοτίβου. Η συγκριτική εξέταση επιτρέπει τον εντοπισμό των σημείων σύγκλισης και απόκλισης των έργων των ποιητών, καθώς επίσης και την παρακολούθηση της εξέλιξης της ποιητικής τους αντίληψης αναφορικά με την κοινωνικοϊστορική πραγματικότητα καθώς και με τον ρόλο τον οποίο καλείται να διαδραματίσει ο ποιητής μέσα σε αυτήν.The present dissertation attempts to detect earthly and transcendental elements in the poetic work of Angelos Sikelianos and Yannis Ritsos. In doing so, it focuses on the dialogue between the two poets. In order to discuss the ideas of “earthly” and “transcendental”, I begin by referring to the literary theory concerning the orphic idea in poetry. I then proceed to a comparative study of certain poetic compositions of Sikelianos and of Ritsos, in which this idea manifests itself in various ways. The study is structured in three parts. The first concerns the earthly and transcendental view of nature, the second the poet’s role in society, and the third the use of the Christian motif. The comparative study allows us to detect points of convergence and of divergence in the work of the two poets, while at the same time allowing us to trace the evolution of their ideas as regards socio-historical reality as well as the role the poet is able to play in it

Μεσοβυζαντινή Μεταλλοτεχνία: Η περίπτωση των πολυτελών επιτραπέζιων σκευών

Στην διπλωματική εργασία μελετώνται τα σωζόμενα πολυτελή επιτραπέζια σκεύη της μεσοβυζαντινής μεταλλοτεχνίας (9ος-12ος αιώνας) ως μία ξεχωριστή κατηγορία επιτραπέζιων αντικειμένων. Πιο αναλυτικά, επιχειρείται η καταγραφή των πολυτελών σκευών και η ανάλυσή τους με σκοπό την ανίχνευση τεχνικών και εικονογραφικών χαρακτηριστικών, συνθέτοντας μία ολοκληρωμένη εικόνα. Ο αριθμός των σωζόμενων αντικειμένων, αν και περιορισμένος, παρέχει πλούσιες πληροφορίες αναφορικά με την μεταλλοτεχνία της περιόδου, τις σχέσεις του Βυζαντίου με τους βόρειους γείτονές του, την καλλιτεχνική συνομιλία μεταξύ Βυζαντίου και Ισλάμ, τις συνήθειες των κατόχων τους στις τράπεζες βρωμάτων και τα μηνύματα ισχύος που εμπεριέχουν. Η μελέτη εκκινεί με τις αργυρεπίχρυσες μεσοβυζαντινές κούπες, συζητώντας ζητήματα τυπολογίας, τεχνικής και εικονογραφίας. Ομοίως εξετάζονται και οι μεσοβυζαντινοί ασημένιοι δίσκοι, οι οποίοι ανήκουν στην πλειονότητά τους στον θησαυρό του Κωνσταντίνου Προέδρου Αλανού. Πρόκειται για τους δίσκους που παρουσιάστηκαν προς πώληση το 2003 στο Μουσείο Μπενάκη, ενώ στον ίδιο θησαυρό ανήκουν οι δίσκοι του θησαυρού του Ιζγκιρλί στο Παρίσι και οι δίσκοι της συλλογής Wyvern στο Λονδίνο. Τα αντικείμενα παρουσιάζουν ενδιαφέρουσα τυπολογία, τεχνική κατασκευής και διάκοσμο με αναφορές στην σασσανιδική τέχνη και στην τέχνη του ανατολικού Ιράν. Παράλληλα των μεσοβυζαντινών πολυτελών επιτραπέζιων σκευών εντοπίζονται στην βυζαντινή εφυαλωμένη κεραμική του 11ου και 12 ου αιώνα, η οποία μοιράζεται ένα κοινό καλλιτεχνικό λεξιλόγιο με τη μεταλλοτεχνία. Επιπλέον, μελετώνται και τα υπόλοιπα επιτραπέζια σκεύη που χρησιμοποιούνταν στις τράπεζες, όπως είναι τα μαχαιροπίρουνα, τα κοχλιάρια τα σαλτσάρια, τα κανάτια και ο αυθέψης. Αν και ο αριθμός τους είναι περιορισμένος, δίνουν σημαντικές πληροφορίες, όπως είναι η επιβίωση του αυθέψη από την αρχαιότητα μέχρι την μεσοβυζαντινή περίοδο. Η μελέτη των πολυτελών σκευών παρουσιάζει επίσης και στοιχεία για τον αυλικό βίο και τα ανώτερα κοινωνικά στρώματα, ενώ μέσω της πολυτέλειας και του εικονογραφικού διακόσμου των σκευών εκφράζεται η κυρίαρχη ιδεολογία της περιόδου προς τους συμμάχους και τους αντιπάλους της αυτοκρατορικής αυλής. Η η κουζίνα με τα εύγευστα και εντυπωσιακά εδέσματα, οι αυτοκρατορικές προσφορές προς τους συνδαιτυμόνες, τους συμμάχους και τους εχθρούς, η επίδειξη των πολυτελών σκευών και η πολυτέλεια των αυτοκρατορικών συμποσίων είναι στοιχεία που ανιχνεύονται μέσα από τα πολυτελή σκεύη και τη συνδυαστική μελέτη των πηγών. Η συγκεντρωτική εξέταση των μεσοβυζαντινών πολυτελών σκευών επιτρέπει την εξαγωγή συμπερασμάτων για την μεσοβυζαντινή μεταλλοτεχνία, την τεχνική και τον διάκοσμο και παράλληλα αποτελεί ένα ακόμη τεκμήριο για τις συνήθειες των βυζαντινών, τον αυλικό βίο και την προβολή και πρόσληψη της αυτοκρατορικής ισχύος της εποχής.The present dissertation attempts to examine the secular tableware from 9th to 12th century as a particular category of the middle byzantine metalwork. The systematic recording and analysis of the luxury utensils attempts to detect the technical and decorative characteristics and to form a spherical idea about the objects. The number of surviving utensils is quite limited; however, plenty of information is provided about the middle byzantine period, the Byzantine relations with the northern neighbours, the artistic interaction between Byzantium and Islam, the habits of the byzantine aristocracy and the enclosed messages about power. I begin the effort by examining the middle byzantine silver-gilt cups and discussing their typology, technique, and iconography. The middle byzantine silver-gilt plates - probably part of Constantinos Proedros Alanos treasure- are also examined. The plates, presented for sale in 2003 at the Benaki Museum in Athens, are part of the treasure, in which the plates of Izgirli treasure in Paris and the plates of the Wyvern collection in London also belong. The typology, the technique and decoration are quite interesting as well as their references to Sassanid art and the art of eastern Iran. Parallels of the middle byzantine luxury utensils can be found in the byzantine engraved glazed ceramics of the 11th and 12th century, which share a common artistic language with the metal secular tableware. In addition, the present thesis studies the cutlery, the spoons, the saucers (saltsarion), the jugs and the authepsae used in the byzantine table. The archaeological evidence and the visual art provide us limited but useful information, for instance, about the survival of the authepsae from the antiquity to the mid-Byzantine period. Moreover, the study of luxury tableware enlightens us about the court life of the mid-Byzantine period and the customs of the upper social strata. The luxury of the objects and their iconographic decoration communicate to allies and opponents of the empire the dominant ideology of the court. Furthermore, the delicious and impressive delicacies of the imperial cuisine, the imperial offerings to accomplices, enemies and allies and the luxury of the banquets are detected through the luxurious utensils and confirmed by historical sources. Altogether, the examination of the mid-Byzantine luxury utensils allows us to come to conclusions about the middle Byzantine metalwork, the technique, and the decoration, as well as the byzantine costumes, the court life and the promotion and reception of the imperial power

Overview of Diesel particulate filter systems sizing approaches

Although application of Diesel particulate filters in modern automotive Diesel engines is commonplace, their introduction to large Diesels as locomotive or marine engines is moving at a slower pace. One important reason for this delay is the large volume of filter required which is not easy to accommodate in this type of equipment. Thus, rational sizing of the filters becomes essential in these applications. It is observed that DPF systems for large Diesel engines are usually oversized. Possible reasons are discussed in this paper. With the present status of technology and the concern for compact and cost-optimized exhaust treatment systems a new design methodology is needed. This paper summarizes progress in the specific fields of application and attempts to formulate a filter sizing methodology that would lead to feasible solutions with regard to space requirements and backpressure penalty. © 2017 Elsevier Lt

Energy Cost Assessment and Optimization of Post-COVID-19 Building Ventilation Strategies

The advent of the COVID-19 pandemic puts stress on the requirements of indoor air quality. Significant improvements in the design of building ventilation systems have become necessary, as this allows for the supply of higher quantities of outdoor air in buildings. Additional capital investment is necessary for increases in the size of ventilation fans and ducts, as well as for the installation of efficient air-to-air recuperators, to recover the enthalpy of the rejected air. To address the increased operation costs, smart strategies are necessary to make rational use of the ventilation system. The required modifications are studied in the example of an 18-zone office building located in Volos, Greece. The building’s energy performance is studied by means of transient simulation. Operation of the ground-coupled heat pump, the upgraded ventilation system and the high-performance recuperators and filters’ interactions is presented in detail at various time scales. The results show the effect of increased ventilation requirements of new and renovated office and commercial buildings in the post-COVID era. The added capital equipment and operation costs must be met with a strong and sustained engineering effort. Especially in the case of nZEB buildings, the protection of public health must be attained, with reduction of the added electricity consumption penalties, in order to keep the nZEB character of the building

On the Efficiency of a Piezoelectric Energy Harvester under Combined Aeroelastic and Base Excitation

A flutter-type, nonlinear piezoelectric energy harvester was tested in various combinations of aerodynamic and harmonic base excitation to study its power output and efficiency. The commercial polyvinylidene fluoride film transducer LDT1-028K was used in 33 excitation mode. The aerodynamic excitation was created by a centrifugal fan and the base excitation by a cone speaker. The excitations were produced by varying independently the mean airflow velocity and the frequency of base vibration. A capacitive load was used to store the harvested energy. A line laser was employed along with long exposure photography and high-speed video, for the visualization of the piezo film’s mode shapes and the measurement of maximum tip deflection. The harvested power was mapped along with the maximum tip deflection of the piezo-film, and a process of optimally combining the two excitation sources for maximum power harvesting is demonstrated. The energy conversion efficiency is defined by means of electrical power output divided by the elastic strain energy rate of change during oscillations. The efficiency was mapped and correlated with resonance conditions and results from other studies. It was observed that the conversion efficiency is related to the phase difference between excitation and response and tends to decrease as the excitation frequency rises

Πιεζοηλεκτρική συγκομιδή ενέργειας από μηχανική και ροϊκά επαγόμενη ταλάντωση

Energy harvesting is the exploitation of ambient energy in a small scale (mW). Energy harvesting devices aim to replace or reduce the use of batteries in powering wireless sensor network nodes and microelectronic, wearable or MEMS devices and significantly reduce the cabling in systems with a high number of sensors. The significant progress of piezoelectric energy-harvesting technology experienced during the last 20 years, accumulated vast knowledge on the subject, however, the technology readiness level is low and there are only a few complete applications. Moreover, reliability and system integration need more focused effort to be performed. Motivated by the need for extensive experimental data, the main objective of this thesis is the support of the design process of PEH by investigating their real world characteristics and define efficiency and specific power indices allowing a fair assessment of real world performance in specially designed test rigs. Flutter type PEHs that are based on commercial piezoelectric transducers were employed in the experiments. The piezoelectric transducers tested involve the piezoelectric materials polyvinylidene Fluoride (PVDF) and Lead Zirconate Titanate (PZT). Piezoelectric energy harvesters were excited by flow induced vibration, base vibration and combinations of these excitations. The flow-induced excitation was created with air flow. The range of harvesting power reported in the literature for these transducers varied to orders of magnitude and this fact necessitated a systematic assessment with carefully designed test rigs and experimental conditions. Novel test rigs were designed both for aerodynamic and base vibration excitation. Further, it was attempted to calculate the transducer’s output based on visualization of the beam vibration by high speed photography and laser sheet visualization. These investigations were supplemented with the measurement of the combined effect of base vibration and aerodynamic excitation on the voltage output signal. The results were mapped in two dimensions to spot the combination with maximum synergy between the two excitation modes. These experiments determined the attainable harvesting power levels for each one of the transducers examined, along with the specific, optimal excitation conditions. Further, the effect of variable capacitance of the harvesting circuits was assessed, to optimize according to transducer’s type. The measured results of the energy harvesting potential of the different transducer types, in their optimal excitation modes’ combination, was satisfactorily explained by comparative calculations, based on the transducer’s mechanical and piezo-electrical properties and their vibration modes. As a further design optimization step, it was succeeded to aerodynamically excite a PZT transducer of high harvesting power capacity (order of several mW) with a high bending stiffness, by mounting a novel design of aerodynamically excited superstructure. The body of results of this thesis contribute to the optimal design of beam and flutter type piezoelectric transducers that need to be tailored to specific energy harvesting applications, taking into account the available excitation modes and potentials, power levels required and transducer positioning opportunities.Η πιεζοηλεκτρική συγκομιδή ενέργειας αφορά στην εκμετάλλευση μικροποσοτήτων ενέργειας από το περιβάλλον στην κλίμακα των mW, με βάση την αρχή του πιεζο-ηλεκτρικού φαινομένου. Ερευνάται εντατικά την τελευταία 20-ετία με στόχο να τροφοδοτηθούν απομακρυσμένα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, μικροηλεκτρονικές και βιοϊατρικές συσκευές στα πλαίσια της ευρείας διάδοσης του IoT, αποφεύγοντας τη χρήση συσσωρευτών και καλωδιώσεων. Παρά την σημαντική ερευνητική προσπάθεια οι τεχνολογίες της πιεζοηλεκτρικής συγκομιδής ενέργειας (PEH) ευρίσκονται ακόμη σε χαμηλό επίπεδο τεχνολογικής ετοιμότητας και υπάρχουν λίγες μόνο ολοκληρωμένες εφαρμογές. Έχοντας διαπιστώσει σχετική έλλειψη σε πειραματικές διερευνήσεις έναντι των καθαρά θεωρητικών, επιλέχθηκε ως κύριος αντικειμενικός στόχος της εργασίας η υποστήριξη της διαδικασίας σχεδιασμού των PEH μέσω πειραματικής διερεύνησης των χαρακτηριστικών λειτουργίας εμπορικά διαθέσιμων πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων και ορισμού κατάλληλων δεικτών αξιολόγησης του βαθμού απόδοσης και της ειδικής ισχύος τους. Με τον τρόπο αυτό γίνεται εφικτή η δίκαια αξιολόγηση της πραγματικής απόδοσης των PEH κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες ροϊκά επαγόμενης και μηχανικής ταλάντωσης. Οι εργαστηριακές δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε καινοτόμα σχεδιασμένες πειραματικές διατάξεις που κατασκευάστηκαν ειδικά για τις ανάγκες της διατριβής. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων έγινε τόσο με συμβατικές όσο και με καινοτόμες μεθόδους. Οι συγκεκριμένες διατάξεις επιτρέπουν την συστηματική αξιολόγηση της απόδοσης σε συνδυασμό ευρείας περιοχής συχνοτήτων ταλάντωσης βάσης και συνθηκών ροής, ώστε να γίνεται εφικτή η χαρτογράφηση σε δύο διαστάσεις της ειδικής ισχύος και του βαθμού απόδοσης. Αντίθετα με την επικρατούσα πρακτική του ορισμού βαθμού απόδοσης με βάση θεωρητικό γραμμικό μοντέλο της ταλάντωσης, διατυπώθηκε καινοτόμος ορισμός με βάση το ρυθμό μεταβολής της ελαστικής ενέργειας του πιεζοηλεκτρικού στοιχείου. Ο προτεινόμενος ορισμός είναι πιο ρεαλιστικός, αφού η ελαστική ενέργεια παραμόρφωσης κατέστη δυνατόν να μετρηθεί με βάση μεθοδολογία ψηφιοποίησης της ελαστικής γραμμής με χρήση γραμμικού laser που επιτρέπει την οπτικοποίηση με φωτογράφηση, αλλά και με βάση βιντεοσκόπηση σε 960 fps της ταλάντωσης. Έχει δε το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι μπορεί να εφαρμοστεί και σε συνδυασμένη ροϊκή και μηχανική διέγερση. Η εργασία έλαβε υπόψη τον λεπτομερή σχεδιασμό των εξεταζόμενων πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων, ως σύνθετης πλάκας σε καμπτική ταλάντωση, στους υπολογισμούς ελαστικής ενέργειας παραμόρφωσης, ειδικής ισχύος και βαθμού απόδοσης. Έγινε συγκριτική αξιολόγηση, με βάση την αναπτυχθείσα μεθοδολογία, δύο αντιπροσωπευτικών αισθητήρων με διαφορετικό πιεζοηλεκτρικό υλικό (PZT και PVDF), με επιπλέον χρήση υπερ-πυκνωτών (super capacitors) στο κύκλωμα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία οδήγησε σε περαιτέρω αύξηση του βαθμού απόδοσης. Η συγκριτική αξιολόγηση των αισθητήρων αυτών οδήγησε σε χρήσιμα συμπεράσματα για περαιτέρω βελτιώσεις στο λεπτομερή σχεδιασμό τους, με στόχο την αύξηση της ειδικής ισχύος και βαθμού απόδοσης. Έγινε δε εφικτό να διεγερθεί ροϊκά ο μετατροπέας από PZT, υψηλής καμπτικής στιβαρότητας, με τοποθέτηση στο ελεύθερο άκρο του ειδικά σχεδιασμένης υπερκατασκευής, οπότε και επιβεβαιώθηκε ότι η συνδυασμένη διέγερση του συγκεκριμένου τύπου μετατροπέα ικανοποιεί την αρχή της επαλληλίας. Η νέα αυτή οπτική επιτρέπει την ορθολογική πλέον αξιολόγηση της απόδοσης διαφορετικού τύπου και σχεδιασμού αισθητήρων και παρέχει εξηγήσεις σχετικά με τις μεγάλες διακυμάνσεις των μεγεθών αυτών στην εξειδικευμένη βιβλιογραφία. Επιπλέον συνεισφέρει στην ορθολογική βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των μετατροπέων ως σύνθετων πλακών, ώστε να ανταποκρίνονται στις ανάγκες συγκεκριμένων εφαρμογών, με λήψη υπόψη των επιπέδων διέγερσης των πηγών και τις διαθέσιμες θέσεις ταλάντωσης