Υπολογιστική & Πειραματική Διερεύνη ση της Υδροδυναμικής Συμπεριφοράς Κοχλιωτού Υδροστροβίλου - Στεργιοπούλου, Άλκηστη (Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2017)
Η Διδακτορική Διατριβή με θεματικό αντικείμενο «Υπολογιστική και Πειραματική Διερεύνηση της Υδροδυναμικής Συμπεριφοράς Κοχλιωτού Υδροστροβίλου» δομείται σε οκτώ κεφάλαια ως ακολούθως. Στο πρώτο κεφάλαιο, παρατίθεται μαζί με την ιστορική αναδρομή στους Αρχιμήδειους κοχλίες, μια διεξοδική βιβλιογραφική διερεύνηση του θέματος της υπολογιστικής και πειραματικής διερεύνησης της υδροδυναμικής συμπεριφοράς κοχλιωτού υδροστροβίλου, η οποία καταδεικνύει σχετική έλλειψη θεωριών και πρακτικών σχεδιασμού-μελέτης της υδροδυναμικής συμπεριφοράς και της απόδοσης των Κοχλιωτών Υδροστροβίλων όσο και σχετικών υπολογιστικών και πειραματικών διερευνήσεων. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται αποτίμηση του Ελληνικού Αρχιμήδειου Μικροϋδροηλεκτρικού Δυναμικού, εξετάζοντας τα βασικά δεδομένα των Υδατικών Διαμερισμάτων της Χώρας, υιοθετώντας μια ολιστική μεθοδολογία εκτίμησης του συνολικού θεωρητικού υδροδυναμικού της Χώρας, που θα μπορούσε να αξιοποιηθεί με βάση τους Κοχλιωτούς Υδροστροβίλους. Διερευνώνται παράλληλα οι υπάρχουσες προοπτικές για μια πραγματική αειφόρο μικροϋδροηλεκτρική ανάπτυξη στην Ελλάδα στη βάση των φιλοπεριβαλλοντικών κοχλιωτών υδροστροβίλων. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι αναπτυχθείσες δραστηριότητες αφενός σχετικά με την υλοποίηση πειραματικών προτύπων κοχλιωτών υδροστροβίλων κεκλιμένου άξονα και αφετέρου σχετικά με την πειραματική και θεωρητική διερεύνησή τους. Περιγράφεται μια σειρά οκτώ καινοτόμων πειραματικών μοντέλων μικρο-κλίμακας στη βάση ομοιωμάτων κοχλιωτών δρομέων που κατασκευάσθηκαν και τοποθετήθηκαν εντός διαφανών κυλινδρικών προσαγωγών ώστε να μπορούν να λειτουργήσουν σε ελεγχόμενες συνθήκες ροής και γωνίες προσανατολισμού των κεκλιμένων αξόνων τους, εντός ενός εργαστηριακού ανοικτού υδραυλικού καναλιού τύπου S3/Titling Flume της εταιρείας Αrmfield. Παρουσιάζονται εκτιμήσεις του πειραματικού βαθμού απόδοσης, υπολογίζοντας αλγοριθμικά τις επιδόσεις αυτών των κοχλιωτών υδροστροβίλων χαμηλού φορτίου. Το τέταρτο κεφάλαιο, που αποτελεί την αιχμή του δόρατος της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής, αφιερώνεται στον σχεδιασμό και υλοποίηση του πρώτου διεθνώς τριπτέρυγου κοχλιωτού υδροστροβίλου οριζοντίου άξονα. Ο κοχλίας δομήθηκε εξ ολοκλήρου στα πλαίσια της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής, λειτούργησε και διερευνήθηκε πειραματικά υπό ποικίλες συνθήκες λειτουργίας (π.χ. 60 l/s, 70 l/s, 80 l/s, 90 l/s, 100 l/s, 110 l/s, 120 l/s κ.λ.π.), διάφορες γωνίες προσανατολισμού του άξονα περιστροφής του κοχλιωτού υδροστροβίλου οριζοντίου άξονα (π.χ. 0ο, 5ο, 10ο, 15ο, 20ο, 25ο, 30ο, 35ο, 40ο), για διάφορες θέσεις του υδροκοχλία σε σχέση με τον πυθμένα του υδραυλικού καναλιού και διαπιστώθηκε η υδροδυναμική συμπεριφορά του εντοπίζοντας τις βέλτιστες ενεργειακές επιδόσεις του. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρατίθενται βασικά στοιχεία από την πραγματοποίηση σειράς ομάδων C.F.D. υπολογιστικών ρευστοδυναμικών προσομοιώσεων, χρησιμοποιώντας τον κώδικα FLOW-3D, για τον προσδιορισμό των επιδόσεων και της απόδοσης του περιστρεφόμενου τριπτέρυγου κοχλιωτού υδροστροβίλου οριζοντίου άξονα. Παρουσιάζονται συγκριτικές αντιπαραθέσεις των C.F.D. διαγραμμάτων και των πειραματικών διαγραμμάτων της αποδιδόμενης ισχύος και του βαθμού απόδοσης του οριζοντίου άξονα κοχλιωτού υδροστροβίλου σε συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής του κοχλία, για διάφορες γωνίες προσανατολισμού του άξονα περιστροφής του δρομέα. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια μεθοδολογία συγκριτικής αντιπαράθεσης των πειραματικών και των θεωρητικών υδροδυναμικών επιδόσεων κοχλιωτών υδροστροβίλων οριζοντίου άξονα, εισάγοντας πέραν του κλασικού κινητικού βαθμού απόδοσης για ροές μηδενικού φορτίου, τη χρήση αφενός ενός δεύτερου βαθμού απόδοσης, του δυναμικού βαθμού απόδοσης που λαμβάνει υπόψη του τον στραγγαλισμό της ροής και τη δημιουργία επαγόμενου δυναμικού φορτίου και αφετέρου ενός τρίτου βαθμού απόδοσης, του ολικού βαθμού απόδοσης. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται μια απλοποιητική μέθοδος τύπου «Black Box Με Ανάδραση» για την πρόβλεψη των υδροδυναμικών επιδόσεων κοχλιωτών υδροστροβίλων οριζοντίου άξονα αλλά και μια αλγοριθμική μέθοδος υπολογιστικής πρόβλεψης υδροενεργειακών επιδόσεων κοχλιωτών υδροστροβίλων οριζοντίου Άξονα τύπου «Βlack Βox Χωρίς Ανάδραση», με συνδρομή των τεχνασμάτων της ισοδύναμης οπισθέλκουσας και της σύζευξης υπολογισμών στο οριζόντιο διαπτερυγιακό επίπεδο S1 και στο κατακόρυφο μεσημβρινό επίπεδο S2. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται μια οικονομοτεχνική και υπολογιστική θεώρηση των Αρχιμήδειων Κοχλιωτών Υδροστροβίλων Οριζοντίου Άξονα ακολουθώντας μια υπολογιστική μεθοδολογία, που δομήθηκε στη βάση: α) των πειραματικών δοκιμών των εργαστηριακών μετρήσεων και αποτελεσμάτων από την λειτουργία του καινοτόμου κοχλιωτού υδροστρόβιλου οριζοντίου άξονα, που θεωρήθηκε ως το πειραματικό πειραματικό πρότυπο/μοντέλο, με προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του ονομαστικού σημείου του, β) της θεωρίας ομοιότητας και γ) μελλοντικών πρωτοτύπων Κοχλιωτών Υδροστροβίλων Οριζοντίου Άξονα. Γίνεται μια οικονομοτεχνική αξιολόγηση δύο διαφορετικών σεναρίων εγκατάστασης Μικρών Υδροηλεκτρικών Έργων με κοχλιωτούς υδροστροβίλους οριζοντίου άξονα μη διασυνδεδεμένων και διασυνδεμένων στο κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο που θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν με ηλεκτρικό ρεύμα μία εξοχική κατοικία. Το όγδοο και τελευταίο κεφάλαιο αναφέρεται στα βασικά σημεία που συνοψίζουν και ολοκληρώνουν τη Διδακτορική Διατριβή για τη συμβολή και συνεισφορά στην έρευνα και στην επιστήμη, περιγράφοντας τις περαιτέρω προοπτικές και σκιαγραφώντας το πλαίσιο για μελλοντικές έρευνες και εφαρμογές.