Δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά

Mavrakos, S. A., Konispoliatis, D. N., (2012). «Hydrodynamics of a free floating vertical axisymmetric oscillating water column device». In: Hindawi Publishing Corporations Journal of Applied Mathematics, Mathematical Modeling of Marine Structures, Vol. 2012; 2012, Article ID 142850. https://doi.org/10.1155/2012/142850

Η παρούσα μελέτη πραγματεύεται την υδροδυναμική ανάλυση και αξιολόγηση της απόδοσης διαφόρων τύπων πλωτών κυλινδρικών συσκευών ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης για την απόληψη της κυματικής ενέργειας στην ανοιχτή θάλασσα. Στα πλαίσιά της διατυπώνεται και επιλύεται το συζευγμένο γραμμικό υδρο-αεροδυναμικό πρόβλημα περίθλασης και ακτινοβολίας γύρω και μέσα από μεμονωμένη κινούμενη συσκευή και προσδιορίζεται το δυναμικό της ροής, η παροχή του αέρα και οι κινήσεις της συσκευής, λαμβάνοντας υπ' όψη το πεπερασμένο πάχος του θαλάμου, ενώ παράλληλα προσδιορίζονται οι μέσες χρονικά δευτεροτάξιες δυνάμεις και ροπές που ασκούνται σε αυτή λόγω της δράσης των κυμάτων. Παράλληλα διερευνάται η επίδραση εναλλακτικών γεωμετριών του εσωτερικού της συσκευής στην απολήψιμη κυματική ενέργεια. Ειδικότερα, μελετάται κατά πόσο η τοποθέτηση εντός του θαλάμου ταλάντωσης της υδάτινης στήλης ενός ομόκεντρου συμπαγούς κυλίνδρου, επηρεάζει την απόληψη της κυματικής ισχύος και κατ' επέκταση την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια.

Konispoliatis, D. N., Mavrakos, S. A., (2016). «Hydrodynamic analysis of an array of interacting free - floating oscillating water column devices». In: Ocean Engineering 111, p. 179-197. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2015.10.034

Konispoliatis, D. N., Mazarakos, T. P., Mavrakos, S. A., (2016). «Hydrodynamic analysis of three-unit arrays of floating annular oscillating-water-column wave energy converters». In: Applied Ocean Research, 61, p. 42-64. https://doi.org/10.1016/j.apor.2016.10.003

Η παρούσα μελέτη πραγματεύεται την υδροδυναμική ανάλυση πλωτής κατασκευής αποτελούμενη από συσκευές ανάκτησης κυματικής ενέργειας για την εκμετάλλευση του υπεράκτιου κυματικού δυναμικού. Σε ότι αφορά στην μεθοδολογία που χρησιμοποιείται, η επίλυση του γραμμικού υδροδυναμικού προβλήματος αλληλεπίδρασης μεταξύ των συσκευών βασίζεται στα αποτελέσματα της ανάλυσης των μεμονωμένων συσκευών, όπου το συνολικό δυναμικό της ροής γύρω από κάθε συσκευή θεωρείται ως επαλληλία (α) του δυναμικού του προσπίπτοντος απλού αρμονικού κυματισμού, (β) του δυναμικού περίθλασης γύρω από την συγκρατούμενη συσκευή όταν αυτή δέχεται την επίδραση των απλών αρμονικών κυματισμών και των ανακλάσεων από τις υπόλοιπες συσκευές της διάταξης θεωρούμενης της πίεσης στο εσωτερικό εκάστης εξ' αυτών ίσης με την ατμοσφαιρική, (γ) του δυναμικού ακτινοβολίας λόγω μοναδιαίου πλάτους της αναπτυσσόμενης υπερπίεσης στο εσωτερικό του θαλάμου της εξεταζόμενης συσκευής και των ανακλάσεων λόγω αλληλεπιδράσεων με τις υπόλοιπες συσκευές της διάταξης λόγω ύπαρξης πίεσης στο εσωτερικό τους, θεωρούμενων των συσκευών ως ευρισκόμενων σε ήρεμη θάλασσα, καθώς και (δ) των δυναμικών ακτινοβολίας λόγω των εξαναγκασμένων κινήσεων της συσκευής και των αλληλεπιδράσεων της με τους ακτινοβολούμενους κυματισμούς από τις υπόλοιπες συσκευές της διάταξης, όταν η πίεση στον εσωτερικό θάλαμο εκάστης εξ' αυτών ισούται με την ατμοσφαιρική.

Παράλληλα προσδιορίζονται οι πρωτοτάξιες και μέσες χρονικά δευτεροτάξιες δυνάμεις που ασκούνται σε κάθε συσκευή της διάταξης καθώς και η ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας εντός και εκτός κάθε συσκευής. Εν συνεχεία, τα εξαγόμενα αριθμητικά αποτελέσματα συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα, από μετρήσεις που εκτελέστηκαν στην πειραματική δεξαμενή του Πανεπιστημίου της Μαδρίτης, για συστάδα τριών πλωτών σωμάτων σε σειρά, αποτελούμενων από δύο ομόκεντρα κυλινδρικά στοιχεία, υπό την παραδοχή ότι η πίεση του αέρα εντός των θαλάμων ισούται με την ατμοσφαιρική.

Konispoliatis, D. N., Mavrakos, S.A., (2019). «Natural frequencies of vertical cylindrical oscillating water column devices». In: Applied Ocean Research, 91, 101894. https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.101894

Στην παρούσα δημοσίευση παρουσιάζονται οι ιδιοσυχνότητες μεμονωμένης πλωτής συσκευής ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης. Η εργασία στοχεύει στον προσδιορισμό των ιδιοσυχνοτήτων της συσκευής στην κατακόρυφη διεύθυνση καθώς και των ιδιοσυχνοτήτων της υδάτινης στήλης εντός του θαλάμου ταλάντωσης, επιλύοντας το συζευγμένο γραμμικό υδρο-αεροδυναμικό πρόβλημα περίθλασης και ακτινοβολίας γύρω και μέσα από την εξεταζόμενη μεμονωμένη κινούμενη συσκευή και προσδιορίζεται το δυναμικό της ροής, η παροχή του αέρα και οι κινήσεις της συσκευής.

Δύο είδη μεμονωμένων συσκευών ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης εξετάζονται, μια απλής και μια σύνθετης γεωμετρίας (ύπαρξη ή μη, ομόκεντρου συμπαγούς κυλίνδρου εντός του θαλάμου ταλάντωσης, αντίστοιχα), μελετώντας την επίδραση του ομόκεντρου κυλινδρικού σώματος στις ιδιοσυχνότητες είτε της συσκευής είτε της εσωτερικής υδάτινης στήλης. Παράλληλα, εξετάζεται πως η ύπαρξη εσωτερικής πίεσης αέρα εντός του θαλάμου των συσκευών επηρεάζει τις παραπάνω ιδιοσυχνότητες.

Mazarakos, T., Konispoliatis, D., Katsaounis, G., Polyzos, S., Manolas, D., Voutsinas, S., Soukissian, T., Mavrakos, S., (2019). «Numerical and experimental studies of a multi-purpose floating TLP structure for combined wind and wave energy exploitation». In: Journal of Mediterranean Marine Science 0, 745-763. doi: https://dx.doi.org/10.12681/mms.19366

Στην παρούσα δημοσίευση εξετάζεται σε επίπεδο προκαταρτικής σχεδίασης πλωτή αγκυρωμένη κατασκευή πολλαπλής χρήσης, κατάλληλης για την εκμετάλλευση του υπεράκτιου αιολικού και κυματικού δυναμικού. Στη κατεύθυνση αυτή, η δυναμική του πλωτού ναυπηγήματος αποτιμάται λαμβάνοντας υπόψη την υδρο-αερο-ελαστική σύζευξη της πλωτής κατασκευής με την Α/Γ οριζόντιου άξονα ονομαστικής ισχύος 5MW, που χρησιμοποιείται για την εκμετάλλευση του αιολικού δυναμικού, την κυματική συσκευή ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης, που χρησιμοποιείται για την απόληψη της κυματικής ενέργειας, την δυναμική του συστήματος αγκύρωσης και της αλληλεπίδρασης του με τον πυθμένα.

Η εξεταζόμενη κατασκευή συνίσταται από μια τριγωνική πλατφόρμα που στηρίζεται σε κυλινδρικούς πλωτήρες διατεταγμένους στις κορυφές της, με την Α/Γ στο κέντρο της κατασκευής και τις συσκευές ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης στις κορυφές της. Το βάθος του νερού στην περιοχή εγκατάστασης θεωρείται ότι είναι της τάξης των 120 μέτρων, η δε πλατφόρμα αγκυρώνεται υπό προένταση με κατακόρυφους κλάδους αγκύρωσης. Ο θάλαμος της ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης σχηματίζεται από ομόκεντρα διατεταγμένους κυλίνδρους με το νερό να ταλαντεύεται στο διάκενο μεταξύ τους. Η δράση των κυματισμών προκαλεί την κατακόρυφη παλινδρομική ταλάντωση της εγκλωβισμένης μεταξύ των κυλίνδρων υδάτινης στήλης, που με την σειρά της οδηγεί στην συμπίεση και αποπίεση του υπερκείμενου της υδάτινης στήλης αέρα. Αυτός διέρχεται μέσω ενός αεροστροβίλου που είναι συνδεδεμένος με την ηλεκτρικό κινητήρα.

Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει και εκτενείς συγκρίσεις των αριθμητικών αποτελεσμάτων με τα πειραματικά εξαγόμενα των υπό κλίμακα πειραματικών δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν στη δεξαμενή του τμήματος Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, για διάφορες καταστάσεις θάλασσας και ανέμου με σκοπό τον έλεγχο της αξιοπιστίας των αναπτυχθέντων αριθμητικών μοντέλων.

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A., (2019). «Theoretical performance investigation of a vertical cylindrical oscillating water column device in front of a vertical breakwater» In: Journal of Ocean Engineering and Marine Energy: https://doi.org/10.1007/s40722-019-00147-6

Η παρούσα εργασία αποσκοπεί στη διερεύνηση της επίδρασης στην απόδοση κυματικής μηχανής ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης ενός κατακόρυφου λιμενοβραχίονα ευρισκόμενου πίσω από τη συσκευή. Στην κατεύθυνση αυτή τα ασκούμενα υδροδυναμικά φορτία (δυνάμεις και ροπές διέγερσης) καθώς και οι υδροδυναμικοί συντελεστές λόγω των κινήσεων της συσκευής και της αναπτυσσόμενης πίεσης στο εσωτερικό της, προσδιορίζονται από την επίλυση στα πλαίσια της γραμμικής θεωρίας, των προβλημάτων περίθλασης και κίνησης- και πίεσης- ακτινοβολίας. Η επίδραση του κατακόρυφου λιμενοβραχίονα στην κυματική συσκευή αναλύεται μέσω της κατοπτρικής θεωρίας και οι κυματικές ανακλάσεις μεταξύ της συσκευής και του κάθετου τοίχου μέσω της θεωρίας των πολλαπλών περιθλάσεων.

Στα πλαίσια της εργασίας παρουσιάζονται αναλυτικές συγκρίσεις ορθότητας των εξαγομένων με αποτελέσματα από τη διεθνή βιβλιογραφία. Επιπλέον εξετάζονται παράμετροι όπως η απόσταση μεταξύ της συσκευής και του λιμενοβραχίονα και η γωνία πρόσπτωσης του κυματισμού, και πως αυτοί επηρεάζουν την απόδοση της κυματικής συσκευής.

Konispoliatis, D.N., Chatjigeorgiou, I.K., Mavrakos, S.A., (2019). «Near trapped wave phenomena in an array of truncated cylinders in a perpendicular arrangement in front of a vertical breakwater» In: Journal of Applied Mathematical Modeling: https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.03.005 

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται σύστημα πολλαπλών πλωτών κατακόρυφων κυλινδρικών σωμάτων, διατεταγμένων σε σειρά, υπό την επίδραση απλών αρμονικών κυματισμών, ευρισκόμενοι μπροστά από κατακόρυφο κρηπιδότοιχο. Τέτοιες διατάξεις πολλαπλών σωμάτων, χωρίς ωστόσο την ύπαρξη του κατακόρυφου τοίχου, εμφανίζουν αξιοσημείωτες υδροδυναμικές αλληλεπιδράσεις, προκαλώντας τη μεγιστοποίηση των ασκούμενων φορτίων σε γειτονικά σώματα της διάταξης. Στόχος της εργασίας είναι η ανάλυση των υδροδυναμικών φαινομένων μεταξύ των πλωτών κατακόρυφων αξονοσυμμετρικών σωμάτων και του κρηπιδότοιχου και η εξέταση των αναπτυσσόμενων παγιδευμένων κυμάτων (trapped wave) Newmann και Dirichlet με τα αντίστοιχα συστοιχίας κατακόρυφων κυλινδρικών σωμάτων χωρίς την ύπαρξη του κατακόρυφου τοιχώματος.

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εξετάζονται διάφορες αποστάσεις μεταξύ των σωμάτων και του κρηπιδότοιχου καθώς και διαφορετικά μήκη του τελευταίου (τοίχος απείρου και πεπερασμένου μήκους). Για την αναπαράσταση του πεδίου ροής γύρω από το σύνολο των σωμάτων της διάταξης, στην περίπτωση τοιχώματος απείρου μήκους, χρησιμοποιείται η μέθοδος της κατοπτρικής συμμετρίας. Σύμφωνα με αυτή, το θεωρούμενο πρόβλημα είναι ισοδύναμο με αυτό μιας συστοιχίας σωμάτων που αποτελείται τόσο από τα αρχικά σώματα της διάταξης όσο και από τα συμμετρικά τους σε σχέση με τον κρηπιδότοιχο, που είναι εκτεθειμένα στην επίδραση του προσπίπτοντος κυματισμού, εν τη απουσία του κατακόρυφου τοίχου. Ο πεπερασμένου μήκους κρηπιδότοιχος προσομοιώνεται, στην παρούσα ανάλυση, σαν ελλειπτικό σώμα με μηδενικό μικρό ημιάξονα.

Τέλος, στην παρούσα εργασία, συγκρίνονται ως προς την ακρίβειά τους και τον υπολογιστικό χρόνο (CPU time) οι δύο μέθοδοι υπολογισμού των φαινομένων αλληλεπίδρασης των σωμάτων της διάταξης, α) της μεθόδου των πολλαπλών ανακλάσεων (multiple scattering approach) και β) της μεθόδου αναστροφής του πίνακα (direct matrix method), μέσω των αναλυτικών παρουσιαζόμενων γραφημάτων των ασκούμενων δυνάμεων διέγερσης. 

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A., Katsaounis, G.M., (2020). «Theoretical evaluation of the hydrodynamic characteristics of arrays of vertical axisymmetric floaters of arbitrary shape in front of a vertical breakwater» In: Journal of Marine Science and Engineering: DOI:10.3390/jmse8010062

Η παρούσα εργασία εξετάζει την επίδραση ενός κατακόρυφου κυματοθραύστη στις υδροδυναμικές δυνάμεις που ασκούνται σε διάταξη κυματικών συσκευών (Wave Energy Converters - WEC) ευρισκόμενες μπροστά από αυτόν. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο μέρος, αναλύεται η μεθοδολογία προσδιορισμού των φαινομένων αλληλεπίδρασης των κυματισμών μεταξύ του κατακόρυφου τοίχου και των σωμάτων της διάταξης, μέσω της θεωρίας των πολλαπλών περιθλάσεων. Για την προσομοίωση του κυματοθραύστη χρησιμοποιείται η θεωρία των εικόνων, σύμφωνα με την οποία το σύστημα κυματικών συσκευών - κυματοθραύστη, ισοδυναμεί με ένα σύστημα διπλάσιων κυματικών συσκευών (των εξεταζόμενων και των κατοπτρικών τους), συμμετρικά τοποθετημένων ως προς τον κυματοθραύστη, χωρίς ωστόσο την ύπαρξη αυτού.

Η παρούσα εργασία εξετάζει διάφορες γεωμετρίες αξονοσυμμετρικών κυματικών συσκευών ευρισκόμενες σε διαφορετικές σχηματικές διατάξεις μπροστά από τον κυματοθραύστη. Στο δεύτερο μέρος αυτής, παρουσιάζονται εκτενή αριθμητικά αποτελέσματα των ασκούμενων δυνάμεων διέγερσης στις κυματικές συσκευές και των υδροδυναμικών τους χαρακτηριστικών (υδροδυναμική πρόσθετη μάζα και απόσβεση) για διάφορες εξεταζόμενες συστοιχίες, αξονοσυμμετρικών συσκευών τυχαίας γεωμετρίας.

Από τα παρουσιαζόμενα αποτελέσματα προκύπτει όχι μόνο η καταλυτική επίδραση του κυματοθραύστη στις ασκούμενες υδροδυναμικές δυνάμεις των συσκευών, αλλά και η επίδραση πάνω στα μεγέθη αυτά, των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των πλωτήρων καθώς και των σχηματικών διατάξεων των συσκευών μπροστά από τον κατακόρυφο τοίχο.   

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A. (2020). «Wave power absorption by arrays of wave energy converters in front of a vertical breakwater: A theoretical study» In: Energies 2020, 13, 1985. https://doi.org/10.3390/en13081985

Η παρούσα εργασία εξετάζει την επίδραση ενός κατακόρυφου κυματοθραύστη στην ενεργειακή απόδοση διάταξης κυματικών συσκευών (Wave Energy Converters - WEC) ευρισκόμενες μπροστά από αυτόν. Για το σκοπό αυτό επιλύεται το κατάλληλο πρόβλημα περίθλαση και ακτινοβολίας στο πεδίο των συχνοτήτων. Για την προσομοίωση του κατακόρυφου τοίχου και την αναπαράσταση του πεδίου ροής γύρω από το σύνολο των κυματικών συσκευών χρησιμοποιείται η μέθοδος της κατοπτρικής συμμετρίας. Σύμφωνα με αυτή, το θεωρούμενο πρόβλημα είναι ισοδύναμο με αυτό μιας συστοιχίας κυματικών συσκευών που αποτελείται τόσο από τις αρχικές συσκευές της διάταξης όσο και από τις συμμετρικές τους σε σχέση με τον κυματοθραύστη που είναι εκτεθειμένες στην επίδραση του προσπίπτοντος κυματισμού εν τη απουσία του κυματοθραύστη.

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A. (2020). «Mean drift forces on vertical cylindrical bodies placed in front of a breakwater» In: Fluids 2020; 5; 148. https://doi.org/10.3390/fluids5030148

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται τον προσδιορισμό των μέσων χρονικά δυνάμεων έκπτωσης (drift forces) πάνω σε διάταξη κατακόρυφων κυλινδρικών σωμάτων τοποθετημένων είτε μπροστά από κάθετο τοίχο, είτε στην ανοιχτή θάλασσα. Περιγράφονται δύο διαφορετικές προσεγγίσεις για τον υπολογισμό των δυνάμεων αυτών: α) η μέθοδος διατήρησης της ορμής και β) η μέθοδος της στιγμιαίας ολοκλήρωσης όλων των όρων της πίεσης του ρευστού στη βρεχόμενη επιφάνεια των σωμάτων, ενώ για την επίλυση των αντίστοιχων προβλημάτων περίθλασης και ακτινοβολίας εφαρμόζονται αναλυτικές και αριθμητικές μεθοδολογίες. Τα αναπτυσσόμενα φαινόμενα κυματικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των σωμάτων της διάταξης και του παρακείμενου κυματοθραύστη λαμβάνονται υπ' όψη μέσω της εφορμοσμένης κατοπτρικής θεωρίας, θεωρώντας τον κυματοθραύστη ως απείρου μήκους σώμα, τοποθετημένο πάνω σε οριζόντιο πυθμένα.

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A. (2020). «Theoretical analysis of a vertical cylindrical floater in front of an orthogonal breakwater» In: Fluids, 2020; 5; 135. https://doi.org/10.3390/fluids5030135

Η παρούσα εργασία διερευνά την επίδραση ενός παρακείμενου ορθογώνιου κυματοθραύστη, στα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά ενός κατακόρυφου κυλινδρικού σώματος ευρισκόμενου έμπροσθεν του τοίχου. Η διάταξη, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως σημειακός απορροφητήρας, στοχεύει στην ενίσχυση της απορρόφησης της κυματικής ενέργειας λόγω των κυματικών ανακλάσεων μεταξύ των κάθετων κυματοθραυστών. Για την επίλυση του προβλήματος περίθλασης και ακτινοβολίας το πεδίο ροής γύρω από το σώμα αναπαρίσταται με τη μέθοδο της κατοπτρικής συμμετρίας. Σύμφωνα με αυτή, το θεωρούμενο πρόβλημα είναι ισοδύναμο με αυτό μιας διάταξης κυλινδρικών σωμάτων που αποτελείται τόσο από το αρχικό σώμα, όσο και από τα συμμετρικά του σε σχέση με τους κυματοθραύστες που είναι εκτεθειμένα στην επίδραση του προσπίπτοντος κυματισμού εν τη απουσία του κυματοθραύστη. Για την επίλυση του προβλήματος περίθλασης εν τούτοις, η ισοδύναμη διάταξη κυλίνδρων θεωρείται πως είναι εκτεθειμένη στη δράση τεσσάρων θαλάσσιων κυματισμών προκαλούμενοι από την ύπαρξη του ορθογώνιου κυματοθραύστη.

Αναλυτικά αποτελέσματα της επίδρασης των κατακόρυφων τοίχων στις ασκούμενες στο σώμα δυνάμεις διέγερσης καθώς και στους υδροδυναμικούς συντελεστές του σώματος παρουσιάζονται για διαφορετικές αποστάσεις του σώματος από τους κυματοθραύστες και γωνίες πρόσπτωσης του κύματος στη διάταξη. Παράλληλα, εξετάζεται η περίπτωση ορθογώνιου τοίχου πεπερασμένου μήκους και συγκρίνεται με τα αποτελέσματα από τη μέθοδο της κατοπτρικής συμμετρίας, η οποία θεωρεί τους κατακόρυφους τοίχους ως απείρου μήκους σώματα.   

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A. (2021). «Hydrodynamic Efficiency of a Wave Energy Converter in front of an orthogonal breakwater» 2021, 9, 94. https://doi.org/10.3390/ jmse9010094   

Η παρούσα εργασία εξετάζει την επίδραση ενός παρακείμενου ορθογώνιου κυματοθραύστη στην ενεργειακή απόδοση συσκευής ανάκτησης κυματικής ενέργειας ευρισκόμενης έμπροσθεν του τοίχου. Στα πλαίσια της εργασίας εξετάζονται δύο συσκευές απόληψης ενέργειας, α) ο σημειακός απορροφητήρας (heaving device) και β) η συσκευή ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης (oscillating water column device). Μελετώνται τα αντίστοιχα προβλήματα περίθλασης, κίνησης- και πίεσης- ακτινοβολίας, εφαρμόζοντας τη μέθοδο της κατοπτρικής συμμετρίας, για την προσομοίωση του κατακόρυφου τοίχου, τη μέθοδο των συζευγμένων αναπαραστάσεων του δυναμικού γύρω από τη συσκευή και τη μέθοδο των πολλαπλών περιθλάσεων για των προσδιορισμό των κυματικών ανακλάσεων μεταξύ των συσκευών και του κυματοθραύστη.

Αναλυτικά αποτελέσματα της επίδρασης των κατακόρυφων τοίχων στην απορροφούμενη κυματική ενέργεια από τις συσκευές παρουσιάζονται για διάφορες αποστάσεις μεταξύ της συσκευής και του τοίχου, γωνίες πρόσπτωσης του επερχόμενου κυματισμού και γεωμετρίες της κυματικής συσκευής. Παράλληλα, εξετάζονται διαφορετικά είδη κατακόρυφου κυματοθραύστη για να μελετηθεί η επίδραση του σχήματος ενός κατακόρυφου τοίχου στην απολήψιμη κυματική ενέργεια της συσκευής. Τέλος, τα θεωρητικά αποτελέσματα της παρούσας ανάλυσης και η απόδοση των κυματικών συσκευών συγκρίνονται με αντίστοιχα αριθμητικά εξαγόμενα για την περίπτωση διαφορετικών εξεταζόμενων μηκών κυματοθραύστη.

Konispoliatis, D.N. (2020). «Performance of an Array of Oscillating Water Column Devices in front of a Fixed Vertical Breakwater» In: Journal of Marine Science and Engineering, 2020, 8, 912, https://doi.org/10.3390/jmse8110912

Η παρούσα εργασία εξετάζει ένα αναλυτικό μοντέλο επίλυσης των προβλημάτων περίθλασης και πίεσης-ακτινοβολίας συστάδας συσκευών ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης μπροστά από κατακόρυφο κυματοθραύστη. Η ανάλυση βασίζεται στη γραμμική κυματική θεωρία, στη κατοπτρική θεωρία για τον προσδιορισμό της επίδρασης του κατακόρυφου τοιχώματος στα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά της συστάδας των συσκευών και στη θεωρία των πολλαπλών περιθλάσεων για τον υπολογισμό των φαινομένων αλληλεπίδρασης μεταξύ των συσκευών και του τοίχου. 

Οι εξεταζόμενες κυματικές συσκευές αποτελούνται από έναν κυλινδρικό θάλαμο ταλάντωσης της υδάτινης στήλης, στον οποίο είναι τοποθετημένος ομόκεντρος κύλινδρος ο οποίος εδράζεται στον πυθμένα της θάλασσας.

Αριθμητικά αποτελέσματα παρουσιάζονται ως προς την ενεργειακή απόδοση της διάταξης των συσκευών και πως αυτή επηρεάζεται από την ύπαρξη του λιμενοβραχίονα. Ενδεικτικές τιμές απορροφούμενης κυματικής ισχύος απεικονίζονται για: α) διαφορετικές διατάξεις συσκευών ως προς τον κατακόρυφο τοίχο, β) αποστάσεις μεταξύ των σωμάτων και του τοίχου, γ) γωνίες πρόσπτωσης του κυματισμού στη διάταξη και δ) βυθίσματα του θαλάμου ταλάντωσης της συσκευής.

Συμπερασματικά, αποδεικνύεται πως η ύπαρξη του τοίχου ενισχύει την ενεργειακή απόδοση της διάταξης ως προς την απόδοση συστάδας συσκευών ευρισκόμενες στην ανοιχτή θάλασσα (χωρίς την ύπαρξη του τοίχου). 

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A. (2021) «Hydrodynamics of a free floating cylinder in front of an orthogonal vertical wall» In: Ship Technology Research - Schiffstechnik 1-13, Taylor & Francis 0937-7255, doi: 10.1080/09377255.2021.1990466

H παρούσα εργασία αποτελεί συνέχεια της μελέτης κυματικών συσκευών έμπροσθεν κατακόρυφου παρακείμενου κυματοθραύστη. Στα πλαίσιά της εξετάζεται η επίδραση του ορθογώνιου κυματοθραύστη στα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά ενός κυλινδρικού σώματος το οποίο πλέει ελεύθερα στους έξι βαθμούς ελευθερίας του, μπροστά από τον κατακόρυφο τοίχο. Μελετώνται τα αντίστοιχα προβλήματα περίθλασης και ακτινοβολίας εφαρμόζοντας τη μέθοδο των κατόπτρων, για την προσομοίωση του κατακόρυφου τοίχου, τη μέθοδο των συζευγμένων αναπαραστάσεων του δυναμικού γύρω από το σώμα και τη μέθοδο των πολλαπλών περιθλάσεων για των προσδιορισμό των κυματικών ανακλάσεων μεταξύ του σώματος και του κυματοθραύστη.

Αναλυτικά αποτελέσματα της επίδρασης του ορθογώνιου τοίχου στις δυνάμεις διέγερσης που ασκούνται στο σώμα, στα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά του σώματος (συντελεστές πρόσθετης μάζας και απόσβεσης), στις μέσες χρονικά δευτεροτάξιες δυνάμεις έκπτωσης (drift forces) και στις μεταφορικές και περιστροφικές κινήσεις του σώματος, παρουσιάζονται για διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης του κύματος. Παράλληλα εξετάζονται διαφορετικά μήκη κατακόρυφων τοίχων ώστε να συγκριθούν τα θεωρητικά αποτελέσματα της εργασίας με εξαγόμενα από αντίστοιχα αριθμητικά μοντέλα.

Konispoliatis, D.N., Katsaounis, G., Manolas, D., Soukissian, T., Polyzos, S., Mazarakos, T., Voutsinas, S., Mavrakos, S., (2021). «REFOS: A renewable energy multi-purpose floating offshore system» In: Energies 2021, 3126, https://doi.org/10.3390/en14113126

Στα πλαίσια της εργασίας συλλέγονται πληροφορίες για τις περιβαλλοντικές παραμέτρους (άνεμος, κύματα) και καθορίζονται οι περιβαλλοντικέςσυνθήκες σχεδιασμού για δυο περιοχές στη Μεσόγειο Θάλασσα και μιαπεριοχή στη Βόρεια Θάλασσα, με βάθος νερού περί τα 180m. Παράλληλα,προσδιορίζονται οι διαστάσεις των συνιστώντων την πλωτή κατασκευή επίμέρους στοιχείων της (θάλαμος της καθ' ύψος ταλαντευόμενης υδάτινηςστήλης, Α/Γ, γραμμές αγκύρωσης).

Για τη μελέτη του πλωτού συστήματος μετατροπής ενέργειας πραγματοποιείται συζευγμένη υδρο-αερο-ελαστική ανάλυση της Α/Γ και τηςαγκυρωμένης πλωτής κατασκευής με τις κυματικές συσκευές, επιλύοντας τις εξισώσεις κίνησης στο πεδίο των συχνοτήτων, προσδιορίζοντας τις κινήσεις της κατασκευής, την παροχή αέρα εντός των κυματικών συσκευών, τα φορτίαστους κλάδους αγκύρωσης καθώς και στη θέση συναρμογής της Α/Γ με την πλωτή κατασκευή.

Τέλος, τα εξαγόμενα από τα θεωρητικά και αριθμητικά μοντέλα του υδρο-αερο-ελαστικού προβλήματος συγκρίνονται με τα αντίστοιχα πειραματικά από τη διεξαγωγή δοκιμών σε υπό κλίμακα μοντέλο του συστήματος που πραγματοποιήθηκαν στη δεξαμενή του Εργαστηρίου Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής του ΕΜΠ. 

Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A., (2021). «Diffraction and radiation of water waves by a heaving absorber in front of a bottom-mounted, V shaped breakwater of infinite length». In: Journal of Marine Science and Engineering, 9 (8), 833; https://doi.org/10.3390/jmse9080833

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει ένα αναλυτικό μοντέλο επίλυσης των προβλημάτων περίθλασης και ακτινοβολίας ενός σημειακού απορροφητήρα ευρισκόμενου μπροστά από δύο κατακόρυφους κυματοθραύστες, οι οποίοι σχηματίζουν τυχαία γωνία μεταξύ τους. Η ανάλυση πραγματοποιείται με βάση τη γραμμική κυματική θεωρία, χρησιμοποιώντας κατάλληλα τη μέθοδο των πολλαπλών περιθλάσεων.

Αναλυτικά αποτελέσματα της επίδρασης της σχηματιζόμενης, από τους κατακόρυφους τοίχους, γωνίας, της γωνίας πρόσπτωσης του κύματος καθώς και του μήκους του κυματοθραύστη, στις δυνάμεις διέγερσης και στα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά της κυματικής συσκευής παρουσιάζονται. Τέλος, εξετάζεται η επίδραση των παραπάνω παραγόντων στην κατακόρυφη απόκριση της συσκευής και στην κυματική της απόδοση.

Konispoliatis, D.N., Chatjigeorgiou I.K., Mavrakos, S.A., (2021). «Theoretical hydrodynamic analysis of a surface-piercing porous cylindrical body». In: Fluids, 6, 320; https://doi.org/10.3390/fluids6090320

Στην παρούσα εργασία επιλύεται το γραμμικοποιημένο πρόβλημα περίθλασης και ακτινοβολίας διαπερατού κυλινδρικού σώματος με κατακόρυφο άξονα συμμετρίας, αποτελούμενο από ομόκεντρο συμπαγή κυλινδρικό σώμα. Εφαρμόζονται οι κατάλληλες οριακές συνθήκες στη βρεχόμενη επιφάνεια του συστήματος (διαπερατή και αδιαπέρατη) και προσδιορίζονται τα δυναμικά της ροής στα επιμέρους κυλινδρικά στοιχεία που περιβάλουν το σώμα.

Η θεωρία πλαισιώνεται από αριθμητικά αποτελέσματα που αφορούν τις δυνάμεις διέγερσης, τους υδροδυναμικούς συντελεστές, τις μέσες δυνάμεις έκπτωσης και την ανύψωση της ελεύθερης επιφάνειας περιμετρικά διαφόρων τύπων διαπερατών κυλινδρικών σωμάτων.

Konispoliatis, D.N., Mavrakos A.S., Mavrakos, S.A., (2022). «Efficient properties of different types of wave energy converters placed in front of a vertical breakwater». In: Journal of Offshore and Polar Engineering, 32 (02), 193-200. https://doi.org/10.17736/ijope.2022.mm27

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η ενεργειακή απόδοση διαφόρων τύπων κατακόρυφων κυλινδρικών συσκευών απόληψης της κυματικής ενέργειας μπροστά από κατακόρυφο κυματοθραύστη. Οι εξεταζόμενες συσκευές είναι: α) οι κατακόρυφα ταλαντευόμενες κυματικές συσκευές (heaving devices) και β) οι συσκευές ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης (oscillating water column devices).

Δύο είδη κατακόρυφων ταλαντευόμενων κυματικών συσκευών εξετάζονται. Πιο συγκεκριμένα μελετάται κυματική συσκευή η οποία αποτελείται από έναν κατακόρυφο κυλινδρικό σώμα, ανοιχτό στον πυθμένα καθώς και συσκευ΄ή η οποία αποτελείται από δύο ομόκεντρους κυλινδρικούς πλωτήρες, οι οποίοι κινούνται σε φάση μεταξύ τους, απορροφώντας ενέργεια σε όλες τις κατευθύνσεις των κυμάτων μέσω της κατακόρυφης κίνησης τους. Αντίστοιχα, οι συσκευές ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης αποτελούνται από ένα εξωτερικό μερικώς βυθισμένο κυλινδρικό σώμα το οποίο είτε πλέει ανεξάρτητα, είτε συμπληρώνεται με ομόκεντρο κοίλο κύλινδρο. Στόχος είναι ο προσδιορισμός της απορροφούμενης κυματικής ισχύος από τις συσκευές ευρισκόμενες μπροστά από κατακόρυφο κυματοθραύστη καθώς και των παραγόντων (απόσταση συσκευής από τοίχο, γεωμετρία κυματικών συσκευών κ.α.) που επηρρεάζουν την ενεργειακή τους απόδοση.

Mavrakos, A.S., Konispoliatis, D.N., Ntouras, D., Papadakis, G.P., Mavrakos, S.A., (2022). «Hydrodynamics of moonpool-type floaters: A theoretical and a CFD formulation» In: Energies 15 (2), 570; https://doi.org/10.3390/en15020570

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται με την υδροδυναμική ανάλυση κυλινδρικών σωμάτων με κατακόρυφο άξονα συμμετρίας, ανοιχτών στον πυθμένα τα οποία πλέουν σε νερό πεπερασμένου βάθους. Δύο διαφορετικές διατάξεις σωμάτων εξετάζονται, η πρώτη αφορά σώματα που αποτελούνται από ομόκεντρο κατακόρυφο, συμπαγή κυλινδρικό σώμα, ενώ στη δεύτερη διάταξη το εξεταζόμενο σώμα συντίθεται από ομόκεντρο κυλινδρικό σώμα ανοιχτό στον πυθμένα.

Στα πλαίσια της υδροδυναμικής ανάλυσης εφαρμόστηκαν δύο διαφορετικές μεθοδολογίες. Πιο συγκεκριμένα η πρώτη, αφορά τη θεωρητική επίλυση του προβλήματος περίθλασης γύρω από το αξονοσυμμετρικό σώμα σύμφωνα με τη γραμμική θεωρία του δυναμικού ταχύτητας της ροής, ενώ στη δεύτερη μεθοδολογία γίνεται χρήση ενός υπολογιστικού ρευστοδυναμικού λογισμικού (CFD), το οποίο λαμβάνει υπόψιν του τα φαινόμενα ιξώδους της ροής γύρω από το σώμα.

Τα αποτελέσματα των δύο μεθόδων συγκρίνονται, ως προς τις εξεταζόμενες γεωμετρίες των σωμάτων και κατάλληλα συμπεράσματα εξάγονται ως προς την επίδραση της συνεκτικότητας των μορίων του ρευστού στα αναπτυσσόμενα κυματικά φορτία στην επιφάνεια των σωμάτων.

Konispoliatis, D.N., Chatjigeorgiou, I.K., Mavrakos, S.A. (2022). «Hydrodynamics of a moored permeable vertical cylindrical body» In: Journal of Marine Science and Engineering, 2022, 10 (3), 403; https://doi.org/10.3390/jmse10030403

Η παρούσα εργασία εξετάζει κατακόρυφο, διαπερατό, κυλινδρικό σώμα, το οποίο πλέει σε πεπερασμένο βάθος νερού και είναι αγκυρωμένο με συμβατικούς κλάδους αγκύρωσης. Στα πλαίσια αυτής επιλύεται το γραμμικοποιημένο πρόβλημα περίθλασης και ακτινοβολίας της ροής γύρω από το σώμα, εφαρμόζοντας τις κατάλληλες οριακές συνθήκες στη βρεχόμενη επιφάνεια του συστήματος (διαπερατή και αδιαπέρατη). Τα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά του σώματος εξετάζονται για διάφορους συντελεστές διαπερατότητας και μελετάται η επίδραση αυτών στα ασκούμενα κυματικά φορτία στο σώμα. Παράλληλα εξετάζεται η επίδραση των κλάδων αγκύρωσης στις κινηματικές ελευθερίες του διαπερατού σώματος σύμφωνα με την ημι-στατική αλλά και δυναμική ανάλυση των χαρακτηριστικών των γραμμών αγκύρωσης. Από την παρούσα ανάλυση προκύπτει πως η ύπαρξη διαπερατού μέσου μπορεί να μειώσει τις ασκούμενες δυνάμεις στο σώμα, ως προς εάν το σώμα ήταν αδιαπέρατο. Επιπλέον, παρουσιάζεται η επίδραση της δυναμικής απόσβεσης και των δυναμικών συντελεστών επαναφοράς (δυναμική ανάλυση) στις κινήσεις του σώματος, οι οποίες διαφοροποιούνται ως προς αυτές από την επίλυση του ημι-στατικού προβλήματος αγκύρωσης.   

Konispoliatis, D.N., Manolas, D.I., Voutsinas, S.G., Mavrakos, S.A. (2022). «Coupled Dynamic Response of an Offshore Multi-Purpose Floating Structure Suitable for Wind and Wave Energy Exploitation» In: Frontiers in Energy Research. Sec. Wave and Tidal Energy. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.920151

Η παρούσα εργασία παρουσιάζει τη συζευγμένη ανάλυση, στο πεδίο των συχνοτήτων και του χρόνου, σύμμικτης πλωτής κατασκευής κατάλληλης για την ταυτόχρονη εκμετάλλευση του υπεράκτιου κυματικού και αιολικού δυναμικού. Η εξεταζόμενη πλωτή κατασκευή αποτελείται από τριγωνική διάταξη αλληλοεπιδρωσών κυματικών συσκευών ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης, καθώς και από έναν κατακόρυφο κυλινδρικό πλωτήρα ο οποίος στηρίζει ανεμογεννήτρια ονομαστική ισχύος 10MW. Η συσκευή είναι αγκυρωμένη μέσω κλάδων αγκύρωσης υπό υψηλή προένταση, ενώ πλέει σε νερό πεπερασμένου βάθους. Στα πλαίσια της παρούσας ανάλυσης επιλύεται το συζευγμένο πρόβλημα περίθλασης, κίνησης- και πίεσης- ακτινοβολίας γύρω από την πλωτή κατασκευή, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά των γραμμών αγκύρωσης, τα χαρακτηριστικά του δυναμοδότη (PTO) εντός του θαλάμου της κάθε κυματικής συσκευής, καθώς και την αεροδυναμική μοντελοποίηση του ρότορα και την ελαστική μοντελοποίηση των εξαρτημάτων του στροβίλου, όπως τα πτερύγια, το σύστημα μετάδοσης της κίνησης και του πύργου.

Μέσω των αναπτυγμένων μεθόδων ανάλυσης προυσιάζονται πληθώρα αριθμητικών αποτελεσμάτων ως προς τις θεμελιώδεις υδροδυναμικές ιδιότητες του συστήματος, ενώ παράλληλα εξετάζεται η δομική ακεραιότητα της κατασκευής μέσω του προσδιορισμού των ακραίων φορτίων και των φορτίων κόπωσης που αναμένεται να της επιβληθούν κατά τη διάρκεια λειτουργίας της.

Konispoliatis, D.N. (2022). «Assessment of the performance of an Oscillating Water Column device in front of a V-shaped breakwater» In: Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE-22-1096).  https://doi.org/10.1115/1.4056643

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται ένα αναλυτικό μοντέλο επίλυσης των προβλημάτων περίθλασης και πίεσης-ακτινοβολίας συσκευής ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης μπροστά από κατακόρυφο κυματοθραύστη ο οποίος σχηματίζει τυχαία γωνία θ. Η ανάλυση βασίζεται στη γραμμική κυματική θεωρία, στη κατοπτρική θεωρία για τον προσδιορισμό της επίδρασης του κατακόρυφου τοιχώματος στα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά της συσκευής και στη θεωρία των πολλαπλών περιθλάσεων για τον υπολογισμό των φαινομένων αλληλεπίδρασης μεταξύ της συσκευής και του τοίχου.

Αριθμητικά αποτελέσματα παρουσιάζονται ως προς την ενεργειακή απόδοση της κυματικής συσκευής και πώς αυτή επηρεάζεται από την ύπαρξη και τη γωνία του λιμενοβραχίονα. Ενδεικτικές τιμές απορροφούμενης κυματικής ισχύος απεικονίζονται για διάφορες: α) αποστάσεις μεταξύ του σώματος και του τοίχου, β) σχηματιζόμενες γωνίες του λιμενοβραχίονα και γ) γωνίες πρόσπτωσης του κυματισμού στη διάταξη. Παράλληλα εξετάζεται πώς η θεώρηση άπειρου μήκους κυματοθραύστη επηρεάζει την ακρίβεια των αποτελεσμάτων, μέσω σύγκρισης αυτών με τα εξαγόμενα από περιπτώσεις πεπερασμένου μήκους λιμενοβραχίονα.

Συμπερασματικά, αποδεικνύεται πως η ύπαρξη του τοίχου ενισχύει την ενεργειακή απόδοση της κυματικής συσκευής ως προς την απόδοση αυτής ως αν ευρισκόμενης στην ανοιχτή θάλασσα (χωρίς την ύπαρξη του τοίχου). Ωστόσο η ενίσχυση αυτή εξαρτάται από τη γωνία του κυματοθραύστη, του προσπίπτοντος κυματισμού και την απόσταση της συσκευής από τα κάθετα τοιχώματα του κρηπιδότοιχου.  

Kardakaris, K., Konispoliatis, D., Soukissian, T., (2023). «Theoretical Evaluation of the Power Efficiency of a Moored Hybrid Floating Platform for Wind and Wave Energy Production in the Greek Seas» In: AIMS Geosciences 2023, 9(1): 153-183. doi: 10.3934/geosci.2023009

Η παρούσα εργασία περιγράφει τη μεθοδολογία για την ανάλυση ακραίων τιμών, ανεμολογικών και κυματικών παραμέτρων σε τρεις συγκεκριμένες τοποθεσίες στις ελληνικές θάλασσες, οι οποίες πλεονεκτούν όσον αφορά την κοινή παραγωγή ενέργειας (υπεράκτια αιολική και κυματική) και τη βαθυμετρία. Η ανάλυση διεξάγεται μέσω της μεθόδου Peak-Over-Threshold εξετάζοντας δεδομένα ταχύτητας ανέμου, σημαντικού ύψους κύματος και μέγιστης περιόδου κύματος από τη βάση δεδομένων του ERA5. Επιπλέον, παρουσιάζεται κατάλληλη πλωτή πλατφόρμα πολλαπλών χρήσεων για τη συνεκμετάλλευση στις επιλεγμένες θέσεις. Το σύστημα αγκύρωσής της σχεδιάστηκε εκ νέου, αφού τροποποιήθηκε από την αρχική ιδέα των προεντεταμένων τενόντων (TLP) σε αλυσοειδείς γραμμές. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε συζευγμένη υδρο-αερο-ελαστική ανάλυση και δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στις αποκρίσεις της πλατφόρμας, στην εσωτερική πίεση των κυματικών μηχανών καθώς και στις τάσεις των γραμμών αγκύρωσης. Επιπλέον, διεξήχθη δυναμική ανάλυση όσον αφορά την περίπτωση των αλυσίδων, λαμβάνοντας υπόψη τα φαινόμενα απόσβεσης του συστήματος αγκύρωσης. Επιπρόσθετα, εκτιμήθηκε η παραγωγή υπεράκτιας αιολικής και κυματικής ενέργειας για τις εξεταζόμενες τοποθεσίες, ενώ τα διάφορα συστήματα αγκύρωσης συγκρίθηκαν με κριτήριο την αποδοτικότητα των κυματικών μηχανών. 

Mavrakos, A.S., Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A., (2023). «Hydrodynamic Analysis of two Coaxial Moonpool Floaters Using Theoretical Methodologies» In: Journal of Marine Science and Engineering, 11 (9), 99. https://doi.org/10.3390/jmse11010099

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται με την υδροδυναμική ανάλυση κυλινδρικών σωμάτων με κατακόρυφο άξονα συμμετρίας, ανοιχτών στον πυθμένα τα οποία πλέουν σε νερό πεπερασμένου βάθους. Η εργασία αποτελεί μια προσπάθεια να διερευνηθεί η επίδραση της γεωμετρίας του θαλάμου ταλάντωσης της υδάτινης στήλης στην απόδοση πλωτών κυματικών μετατροπέων του τύπου της ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης που έχουν εκ περιστροφής συμμετρική γεωμετρία με κατακόρυφο άξονα συμμετρίας.

Εξετάστηκαν θάλαμοι, απλής, σύνθετης κυλινδρικής γεωμετρίας, με επάλληλες ομοαξονικές δακτυλιοειδείς επιφάνειες ταλάντωσης της υδάτινης στήλης. Προσδιορίστηκαν οι υδροδυναμικοί συντελεστές και οι περιοχές που εμφανίζονται συντονισμοί της υδάτινης στήλης στο εσωτερικό των θαλάμων ταλάντωσης. Από την σύγκριση των αποτελεσμάτων για διαφορετικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά των κυλινδρικών σωμάτων εκτιμάται η βέλτιστη γεωμετρία της κυματικής μηχανής για τη μεγιστοποίηση της απορροφούμενης κυματικής ενέργειας.

Mavrakos, A.S., Konispoliatis D.N., Ntouras, D., Papadakis, G.P., Mavrakos S.A. (2023) «Hydrodynamic Coefficients in Heave of a Moonpool-Type Floater Using Theoretical, Numerical and CFD Methodologies» In: Ocean Engineering Volume 279, 1 July 2023, 114519

Η παρούσα εργασία στοχεύει στην υδροδυναμική ανάλυση κυλινδρικών σωμάτων με κατακόρυφο άξονα συμμετρίας, ανοιχτών στον πυθμένα τα οποία πλέουν σε νερό πεπερασμένου βάθους. Δύο διαφορετικές διατάξεις σωμάτων εξετάζονται, η πρώτη αφορά σώματα που αποτελούνται από ομόκεντρο κατακόρυφο, συμπαγή κυλινδρικό σώμα, ενώ στη δεύτερη διάταξη το εξεταζόμενο σώμα συντίθεται από ομόκεντρο κυλινδρικό σώμα ανοιχτό στον πυθμένα.

Στα πλαίσια της υδροδυναμικής ανάλυσης εφαρμόστηκαν τρεις διαφορετικές μεθοδολογίες. Πιο συγκεκριμένα η πρώτη, αφορά τη θεωρητική επίλυση του προβλήματος ακτινοβολίας γύρω από το αξονοσυμμετρικό σώμα σύμφωνα με τη γραμμική θεωρία του δυναμικού ταχύτητας της ροής, η δεύτερη επιλύει το γραμμικό πρόβλημα ακτινοβολίας με διανομή παλλόμενων πηγών στη βρεχόμενη επιφάνεια του κάθε σώματος, ενώ στην τρίτη μεθοδολογία γίνεται χρήση ενός υπολογιστικού ρευστοδυναμικού λογισμικού (CFD), το οποίο λαμβάνει υπόψιν του τα φαινόμενα ιξώδους της ροής γύρω από το σώμα.

Τα αποτελέσματα των τριών μεθόδων συγκρίνονται, ως προς τις εξεταζόμενες γεωμετρίες των σωμάτων και κατάλληλα συμπεράσματα εξάγονται ως προς την επίδραση της συνεκτικότητας των μορίων του ρευστού στα αναπτυσσόμενα κυματικά φορτία στην επιφάνεια των σωμάτων.

Konispoliatis, D.; Mavrakos, S. (2023). «Mean Drift Wave Forces on Arrays of Bodies Surrounded by Thin Porous Surfaces». In: Journal of Marine Science and Engineering 11(7), 1269.

Στην παρούσα εργασία προσδιορίζονται οι μέσες χρονικά δευτεροτάξιες δυνάμεις έκπτωσης οι οποίες ασκούνται σε διάταξη σωμάτων αποτελούμενων από σύνθετο κατακόρυφο κυλινδρικό σώμα που περιβάλλεται από διαπερατό κύλινδρο. Στα πλαίσια αυτής διατυπώνεται και εφαρμόζεται κατάλληλα η οριακή συνθήκη του Darcy πάνω στη διαπερατή κυλινδρική επιφάνεια κάθε σώματος, εφαρμόζεται η μέθοδος των πολλαπλών περιθλάσεων για τον προσδιορισμό των κυματικών ανακλάσεων μεταξύ των σωμάτων, και επιλύεται το γραμμικοποιημένο υδροδυναμικό πρόβλημα περίθλασης και ακτινοβολίας για τον προσδιορισμό του δυναμικού ταχύτητας της ροής γύρω από το κάθε σώμα της διάταξης.

Οι μέσες χρονικά δευτεροτάξιες υδροδυναμικές δυνάμεις που ασκούνται στη διάταξη υπολογίζονται με τη μέθοδο της απ' ευθείας ολοκλήρωσης όλων των όρων της υδροδυναμικής πίεσης, πάνω στην στιγμιαία βρεχόμενη επιφάνεια του κάθε σώματος καθώς και με τη μέθοδο μεταβολής της ορμής.

Αναλυτικά αποτελέσματα οριζόντιων δυνάμεων έκπτωσης παρουσιάζονται και συγκρίνονται για διάφορες τιμές του συντελεστή διαπερατότητας, αποστάσεις μεταξύ γειτονικών σωμάτων και γωνίες πρόσπτωσης του κυματισμού. Παράλληλα εξετάζεται η επίδραση του διαπερατού μέσου στις δυνάμεις έκπτωσης του ομόκεντρου αδιαπέρατου σώματος.

Από την παρούσα εργασία προκύπτει πως η διαπερατή επιφάνεια μειώνει τα ασκούμενα φορτία δεύτερης τάξης καθιστώντας τη διάταξη συμπαγών σωμάτων περιβαλλόμενα από διαπερατό μέσο, ως προτεινόμενη λύση για ημιβυθισμένες κατασκευές οι οποίες υπόκεινται σε έντονες περιβαλλοντικές φορτίσεις.

Konispoliatis, D. (2023). «The effect of hydrodynamics on the power efficiency of a toroidal Oscillating Water Column device» in Sustainability 15(16), 12524

Η παρούσα μελέτη πραγματεύεται την υδροδυναμική ανάλυση και αξιολόγηση της απόδοσης τοροειδούς κυματικής συσκευής ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης για την απόληψη της κυματικής ενέργειας στην ανοιχτή θάλασσα. Στα πλαίσιά της διατυπώνεται και επιλύεται το συζευγμένο γραμμικό υδρο-αερο-δυναμικό πρόβλημα περίθλασης και ακτινοβολίας γύρω και μέσα από τη μεμονωμένη κινούμενη συσκευή και προσδιορίζεται το δυναμικό της ροής, η παροχή του αέρα και οι κινήσεις της συσκευής, λαμβάνοντας υπ' όψη το πεπερασμένο πάχος του θαλάμου ταλάντωσης και τοροειδούς σχήματός του. Παράλληλα διερευνάται η κυματική απόδοση της συσκευής στην απολήψιμη κυματική ενέργεια και συγκρίνεται με την αντίστοιχη ενέργεια συσκευής με κυλινδρικό θάλαμο ταλάντωσης.

Konispoliatis, D. (2023). «Near trapping phenomena in arrays of porous vertical cylinders» in Journal of Physics of Fluids vol. 35, no. 9. doi:10.1063/5.0164667

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται σύστημα πολλαπλών πλωτών κατακόρυφων κυλινδρικών σωμάτων με διαπερατή επιφάνεια, διατεταγμένων σε σειρά, υπό την επίδραση απλών αρμονικών κυματισμών. Τέτοιες διατάξεις πολλαπλών σωμάτων, χωρίς ωστόσο την ύπαρξη του διαπερατού μέσου, εμφανίζουν αξιοσημείωτες υδροδυναμικές αλληλεπιδράσεις, προκαλώντας τη μεγιστοποίηση των ασκούμενων φορτίων σε γειτονικά σώματα της διάταξης. Στόχος της εργασίας είναι η ανάλυση των υδροδυναμικών φαινομένων μεταξύ των πλωτών κατακόρυφων αξονοσυμμετρικών σωμάτων και της διαπερατής επιφάνειας και η εξέταση των αναπτυσσόμενων παγιδευμένων κυμάτων (trapped wave) Newmann και Dirichlet με τα αντίστοιχα συστοιχίας αδιαπέρατων κατακόρυφων κυλινδρικών σωμάτων.

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εξετάζονται διάφοροι συντελεστές διαπερατότητας, αποστάσεις μεταξύ των σωμάτων, γωνίες πρόσπτωσης του κύματος, καθώς και διαφορετικά βυθίσματα του κάθε σώματος. Για την αναπαράσταση του πεδίου ροής γύρω από το σύνολο των σωμάτων της διάταξης χρησιμοποιείται η γραμμική κυματική θεωρία επιλύοντας το γραμμικό υδροδυναμικό πρόβλημα αλληλεπίδρασης μεταξύ των διαπερατών σωμάτων, όπου το συνολικό δυναμικό της ροής γύρω από κάθε σώμα θεωρείται ως επαλληλία (α) του δυναμικού του προσπίπτοντος απλού αρμονικού κυματισμού, και (β) του δυναμικού περίθλασης γύρω από το συγκρατούμενο σώμα όταν αυτό δέχεται την επίδραση των απλών αρμονικών κυματισμών και των ανακλάσεων από τα υπόλοιπα σώματα της διάταξης.

Konispoliatis, D.N. (2024). «Floating oscillating water column wave energy converters: A review of developments». Journal of Energy and Power Technology, 2024, 6(1): 005; doi:10.21926/jept.2401005

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται με την εξέλιξη και ανάπτυξη των συσκευών ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης, ως μέσου απόληψης της κυματικής ενέργειας, από τα πρώτα χρόνια δημιουργίας τους έως σήμερα. Η κυριότερη πρόκληση στο σχεδιασμό υπεράκτιων κατασκευών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι η διασφάλιση της ακεραιότητάς τους σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες φόρτισης, ενώ ταυτόχρονα απαιτείται ο οικονομικός ανταγωνισμός τους ως προς αντίστοιχους τύπους ενεργειακών συστημάτων. Η εργασία στοχεύει στην επισκόπηση των υπαρχόντων συσκευών ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης, καθώς και των πιο πρόσφατων ερευνητικών εξελίξεων στην τεχνολογία απόληψης της κυματικής ενέργειας με τη μέθοδο της ταλαντευόμενης στήλης ύδατος. Παράλληλα, αναλύονται κρίσιμα τεχνολογικά χαρακτηριστικά, εστιάζοντας στη γεωμετρία της συσκευής, στον τύπο του μετατροπέα ενέργειας και στο σχεδιασμό του συστήματος αγκύρωσης, στοχεύοντας την ενίσχυση της απορροφημένης κυματικής ισχύος. 

Mavrakos, A.S., Konispoliatis, D.N., Mavrakos, S.A. (2024) «Hydrodynamic Behavior of a Submerged Spheroid in Close Proximity to the Sea Surface». In: Journal of Marine Science and Engineering.

Πρωταρχικός στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισμός των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών και των ασκούμενων δυνάμεων και ροπών διέγερσης πάνω σε ρηχά βυθισμένο σφαιροειδές σώμα. Στα πλαίσια της εργασίας εξετάζονται διάφορα είδη σφαιροειδών, όπως πεπλατυσμένη και ωοειδής σφαίρα, καθώς και πλήρως βυθισμένη σφαίρα, ενώ τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τα εξαγόμενα ενός κατακόρυφου κυλινδρικού σώματος ίσης μάζας. Η θεωρητική μέθοδος που χρησιμοποιείται στηρίζεται στην κατάλληλη διαμέριση του πεδίου ροής γύρω από τη σώμα σε πλήθος ομοαξονικών δακτυλιοειδών περιοχών. Τα αποτελέσματα από τη μέθοδο συγκρίνονται με αυτά από το λογισμικό ANSYS AQWA. Στην εργασία επαληθεύονται τα φαινόμενα της αρνητικής πρόσθετης μάζας και των γρήγορων μεταβολών της, σε συγκεκριμένο εύρος κυματικών συχνοτήτων λόγω του φαινομένου της ελεύθερης επιφάνειας, που προσομοιώνεται σαν στάσιμο κύμα πάνω από το βυθισμένο σώμα.