Dissertations / Theses on the topic 'Polytropie'

Les formes gothiques du Palais des doges de Venise se mettent en place à partir de 1340 et les travaux se poursuivent sans solution de continuité durant les derniers siècles du Moyen Âge et pendant toute la Renaissance. L’édifice acquiert ses formes actuelles vers 1625 et n’a depuis plus connu que des chantiers de restaurations. Cette thèse en histoire de l’architecture analyse la phase conclusive de ce processus constructif afin de comprendre comment et pourquoi à partir de 1595 ce grand chantier s’achève. Les dynamiques de financement des travaux publics à Venise sont dans un premier temps inscrites dans une perspective de longue durée analysant le rôle de l’Office du sel dans l’amortissement de la dette publique entre le Moyen Âge et l’époque moderne. Cette étude permet de reparcourir à l’aide de la bibliographie disponible les principales étapes de construction du Palais des doges et de reprendre sur le plan financier l’étude de quelques grands chantiers vénitiens de la fin du XVIe siècle tels que la construction du pont du Rialto ou de l’église du Rédempteur. L’analyse du rôle institutionnel de l’Office du sel est dans une seconde partie confrontée à la conjoncture politique que traverse la République de Venise au moment de la crise de l’Interdit. Des recherches biographiques portant sur la commande publique et privée des différents doges qui se succèdent entre 1595 et 1625 sont développées avec un intérêt particulier pour les représentants respectifs des vecchi favorables au pape et de leurs antagonistes, les giovani, Marino Grimani et Leonardo Donà. Des recherches dans des archives de la République et de la famille ont également été accordées au parcours exceptionnel d’Antonio Priuli entre Padoue et Paris. Il conduit en effet tant que Réviseur de tous les lieux de la cour du Palais des doges de 1601 à 1614 les transformations de l’édifice puis relance les travaux lorsqu’il monte sur le trône ducal entre 1618 et sa mort en 1624. Pendant toute cette période, le charpentier Bartolomeo Manopola dirige le chantier en tant que proto de l’Office du sel. Une analyse détaillée est accordée à l’organisation de son entreprise familiale de construction associant tailleurs de pierres, charpentiers et maçons. Les relations entre la fabrique publique et des personnages de premier plan tels que le tailleur de pierre Giovanni Grapiglia, l’architecte Vincenzo Scamozzi ou le marchand d’art Daniel Nijs sont également développées en croisant une analyse des réseaux des commanditaires, des détails de l’architecture et de la comptabilité du chantier. Cette micro-histoire de l’infrastructure productive du chantier sert de support à une analyse de la suprastructure, c’est-à-dire des transformations architecturales que connaît le Palais des doges entre 1595 et 1625.Après avoir interprété à la lumière des rapports de force internes au chantier le programme fonctionnel qui se définit progressivement pour les salles réaménagées au rez-de-chaussée de l’édifice et dans les loges, les représentations du pouvoir sur la façade dite de l’horloge et dans la nouvelle salles des banquets sont analysées en regard de la situation politique qui se dégrade avec la guerre de Gradisca et devient explosive au moment de l’avènement d’Antonio Priuli en 1618 avec la conjuration Bedmar. Un chapitre d’ouverture replaçant le processus de modernisation du Palais des doges dans les cycles de transformation que connaissent à la même époque les autres sièges du pouvoir vénitien dans les villes du Stato da Terra et da Mar permet enfin de saisir la fonction politique qu’assume projet d’architecture dans une République. Le palais public sont des représentations du pouvoir sophistiquées dont les processus de transformations matérielles servent de support à de complexes négociations permettant de dépasser des moments de crises politiques
The gothic Venice Ducal Palace was realized for 1340 but all the last centuries of Middle Ages long and for whole Renaissance, works have gone ahead seamless. Around 1625, the building reach its actual design and till this moment, only restoration works have been realized. This PhD tesis in architecture history studies the conclusive moment of this building process in order to understand why and how for 1595 so big a building site achieves. Financing dynamics of public works in Venice are first of all inserted within a long term analysis from the amortization of public debt between Middle Ages and Modern times. Such a study consent to pass in review thanks to available publications the main steps of the Ducal Palace building and to advocate a financial study of some of the major public buildings in Venice late XVIth century such as Rialto bridge or Redentore church.This study on the institutional functions of the Salt Office is in a second moment addressed to a specific political moment for the Venice Republic, the Interdetto crisis. A series of biographic researches about public and private commissions of several doges on power from 1595 to 1625 is developed, focusing on the respective leaders from the pro papalist vecchi and their opponents, the giovani patricians, Marino Grimani and Leonardo Donà. Specific research on public records and family archives are also dedicated to the exceptional journey from Padua to Paris of Antonio Priuli. Indeed, as Surveyor from all the Ducal palace places, he is responsible for the transformation of this building between 1601 and 1614. Then, he relaunches the works when arriving on power from 1618 till his death in 1624. During all this time long, the carpenter Bartolomeo Manopola conducts the works as Salt office proto. A detailed study is realized on his family building firm associating stone carvers, carpenters and masons. The relationships between public building and important figures from the time such as the stone carver Giovanni Grapiglia, the architect Vincenzo Scamozzi and the art seller Daniel Nijs are also developed associating a study on the commissioners network, architecture details and building site accounts. Such a micro-historic approach from the productive structure of the building site is the base for an analysis from the superstructure, ie for a survey on the Ducal palace architecture transformations from 1595 to 1625.Internal conflicts enable an interpretation of the functional program for the room gradually arranged on the ground floor on the building and inside the lodges. The powers representations shaped on on the clock facade and inside the new banqueting room are then analyzed through a political length, considering the difficult situation resulting from the Gradisca war and the hot moment of the Bedmar plot in 1618, just when Antonio Priuli finally became doge. An opening chapter concludes the tesis putting the Ducal palace transformations within the current transformation cycles of the other headquarters of the Venitian power in Main Land and Sea Land main towns. The aim is to catch the political function from architecture design process in a Republic. Public palaces are sophisticated representations from power. Theirs material transformations are as a consequence the tools from complex negotiations in grade of overall political crisis moments

xvii, 371 p. : col. ill.
An important problem in astrophysics involves understanding the formation of planetary systems. When a star-forming cloud collapses under gravity its rotation causes it to flatten into a disk. Only a small percentage of the matter near the rotation axis falls inward to create the central object, yet our Sun contains over 99% of the matter of our Solar System. We examine how global hydrodynamic instabilities transport angular momentum through the disk causing material to accrete onto the central star. We analyze the stability of polytropic disks in the linear regime. A power law angular velocity of power q is imposed, and the equilibrium disk structure is found through solution of the time-independent hydrodynamic equations via the Hachisu self-consistent field method. The disk is perturbed, and the time-dependent linearized hydrodynamic equations are used to evolve it. If the system is unstable, the characteristic growth rate and frequency of the perturbation are calculated. We consider modes with azimuthal e im[varphi] dependence, where m is an integer and [varphi] is the azimuthal angle. We map trends across a wide parameter space by varying m , q and the ratios of the star-to-disk mass M * /M d and inner-to-outer disk radius r - /r + . We find that low m modes dominate for small r - /r + , increasing to higher r - /r + as M * /M d increases, independent of q . Three main realms of behavior are identified, for M * << M d , M * [approximate] M d and M * >> M d , and analyzed with respect to the I, J and P mode types as discussed in the literature. Analysis shows that for M * << M d , small r - /r + disks are dominated by low m I modes, which give way to high m J modes at high r - /r + . Low m J modes dominate M * [approximate] M d disks for small r - /r + , while higher m I modes dominate for high r - /r + . Behavior diverges with q for M * >> M d systems with high q models approximating M * [approximate] M d characteristics, while low q models exhibit m = 2 I modes dominating where r - /r + < 0.60.
Committee in charge: Raymond Frey, Chairperson; James Imamura, Advisor; Robert Zimmerman, Member; Paul Csonka, Member; Alan Rempel, Outside Member

Murine leukemia viruses (MuLV) are retroviruses that play important roles in the study of oncogenes, integration, transcriptional regulation and gene therapy. Mink cell focus-inducing (MCF) viruses are polytropic MuLVs that by definition infect cells from a wide variety of species. Their ability to infect human cells and their utility as gene therapy vectors were not well characterized. To address this issue, primary and immortalized human cells were tested for their ability to be infected by MCF packaged defective vectors as well as replication competent MCF virus. A new packaging cell line, called MPAC, was created to package defective retroviral vectors in virus particles with envelope proteins derived from a Moloney mink cell focus-inducing (Mo-MCF) virus. The cellular tropism of MPAC-packaged retroviral vectors was the same as replication competent MCF viruses. Testing various established cell lines showed some human cell lines could be infected with MPAC-packaged vectors while others cannot. In addition, I show that some human cells fully support MCF virus replication while others either partially or fully restrict MCF virus replication. This indicates that some human cells express a protein on their surface that acts as a receptor for MCF viruses and allows MCF viral entry. In addition, the human cells that express a receptor for MCF viral entry did not show any further block to viral replication. An important determinant in the pathogenic phenotype of MCF 247 has been mapped to the enhancer region of the retroviral long terminal repeat (LTR). Recombination of endogenous genetic elements with the 3' portion of envoccurs and incorporates unique LTR sequences. Most strongly pathogenic MCF viruses have a duplication of the enhancer element found in the LTR. AKR mice are an inbred strain of mice that develop spontaneous T-cell lymphomas between 6 and 12 months of age. 12-25 % of MCF induced early lymphomas of AKR mice show MCF viral integration's near c-myc in an opposite transcriptional orientation. A replication competent MCF virus containing a bacterial amber suppressor tRNA gene (supF) was used to investigate the changes in the enhancer region following injection of MCF containing one enhancer in the LTR. Newborn AKR mice were injected with the supF tagged replication competent virus and observed for signs of leukemia development (ruffled fur, lethargy, and tumor development). When these signs were detected, the animals were sacrificed and DNA was prepared from the isolated tumors. Thirty-one tumors DNA were analyzed for the presence of supF tagged virus and rearrangement of the c-myc locus. Nine supF tagged proviral LTRs integrated near c-myc from four animals were PCR amplified, sequenced, and/or cloned. All of the enhancer elements analyzed were derived from proviruses that integrated in a reverse orientation with respect to c-myc locus. Two of the isolated enhancer elements contained only a few base changes whereas the majority contained duplications of different sizes that encompassed different transcription factor binding sites. The duplicated enhancer regions contained duplications from 82-134 bp in length. One tumor contained a proviral enhancer with only 5 bp changes relative to the injected virus. This suggests that the enhancers need only a few specific base changes relative to the injected virus to accelerate leukemogenesis. The other three tumors contained proviral enhancers with various size duplications and additional transcription factor binding sites. These data suggest that the injected virus is not pathogenic unless the enhancer region is altered. One proviral integration site encompassing a duplicated enhancer region and 139 bp of the c-myc gene locus was PCR amplified, cloned and sequenced. A search of the current transcription factor database (Transfac 3.3) showed no known transcription factor binding site sequences were created at the junction of the enhancer duplications. The common motif of LVb, core NF-1, and GRE transcription factor binding sites, described by Golemis at al (57), was conserved throughout the isolated enhancers. Most of the enhancer elements contained additional NF-кB and/or GRE sites in close proximity to the conserved LVb-core region. These results support the hypothesis that additional NF-кB and/or GRE binding sites cooperatively interact with the conserved GRE-NF-1-LVb-core motif in c-myc induced leukemogenesis. In addition, two unique families of enhancer duplications were identified. The two families contained enhancers isolated from different tumors that displayed sequence homology and transcription factor binding site organization unique to each group.

Nella poetica di Vinicio Capossela la geografia non è soltanto questione di meridiani e paralleli, ma è soprattutto quella che ognuno di noi si costruisce attraverso i viaggi, i racconti, la creatività: le strade e le vicende della nostra vita sono secondo lui «come le colonne delle cartine antiche, fanno la nostra geografia». Una geografia fatta di luoghi reali per lui significativi - per esempio Calitri, terra d'origine di suo padre, o Milano, città in cui vive - ma anche di mondi inventati, abitati da creature prodigiose e miti letterari, che tutti insieme formano il canto “polytropo” (multiforme) di Capossela. Un canto permeato da un perenne sentimento di clandestinità e da un desiderio insoddisfatto di “barrio”, di casa. Il sentimento dell'assenza è profondamente legato alla biografia del cantautore e alla sua geografia personale, ma anche al mondo affascinante e nascosto delle musiche da cui egli trae ispirazione, le cosiddette “musiche dell'Assenza” o “musiche d'Altrove”, in senso sia spaziale che temporale. In questo lavoro trovano spazio principalmente il tango e il rebetiko e le implicazioni culturali e linguistiche che essi hanno avuto nell'immaginario di Capossela, il quale ha riadattato alcune canzoni di questi due generi; per quanto riguarda il castigliano attraverso la singolare pratica della “traduzione ad orecchio”, mentre per quanto riguarda il greco riscrivendo completamente i testi. In particolar modo sarà descritto l'incontro di Capossela con la Grecia e con il rebetiko, che ha dato vita ad una fase inedita e particolarmente feconda della sua produzione, con la nascita del disco “Rebetiko Gymnastas”, il libro “Tefteri” e il docu-film “Indebito”, creato in collaborazione con il regista Andrea Segre.

Denna rapport redogör framtagningen av en beräkningsmodell för slagtider av pneumatiska cylindrar och manöverdon. Slagtiderna för ett manöverdon kan bestämmas genom experimentella tester. För att underlätta och minska tiden som krävs i samband med testerna skapas en beräkningsmodell som presenterar teoretiska värden för slagtiderna. Denna beräkningsmodell stämmer kvalitativt överens med de experimentella tester som också genomförs i detta arbete. Testerna genomförs först på en enkel pneumatisk cylinder vilket bidrar till kunskaper om slagkarakteristik och slagtider. Denna kunskap är till hjälp för utveckling av beräkningsmodellen. Under testerna mäts bland annat slagtid, kammartryck och kolvens förflyttning vid en mängd olika driftförhållanden. Testerna visar att en av de mest kritiska parametrarna för beräkningsmodellen är C-värdet, en parameter som beskriver flödeskarakteristiken för pneumatiska komponenter. För att få beräkningsmodellen att fungera väl behöver ett så korrekt C-värde som möjligt användas. Beräkningsmetodiken består i stora drag av samband för fyllning och tömning av pneumatiska volymer samt tryckförändringar i cylinderkamrarna vid kompression och expansion. Med en kombination av dessa ekvationer är det möjligt att beräkna slagtiden. Eftersom beräkningsmodellen vill hållas relativt enkel görs ett antal antaganden om systemets parametrar. Dessa antaganden utvärderas efter deras påverkan på slagtiden. Validering mot experimentella resultat visar att beräkningsmodellen generellt fungerar bättre vid höga matningstryck och kritiska flöden. När matningstrycket är lågt och underkritiska flöden erhålls påverkas slagtiden av många fler parametrar, vilket gör att beräkningsmodellen får något sämre precision. Detta resultat är inte helt oväntat eftersom sambandet för kritiskt flöde är relativt enkelt.
This thesis work describes the development of a calculation model for stroke times of pneumatic cylinders and actuators. The stroke time of an actuator can be determined by experimental tests. To facilitate and reduce the time required in connection with the tests, a calculation model is created which presents theoretical values of the stroke time. This calculation model is qualitatively consistent with the experimental tests carried out in this work. The tests are first carried out on a simple pneumatic cylinder, which contributes to knowledge of stroke characteristics and stroke times. This knowledge is helpful for the development of the calculation model. During the tests the stroke time, chamber pressure and piston movement are measured in a variety of operating conditions. The tests show that one of the most critical parameters for the calculation model is the C value, a parameter that describes the flow characteristics of pneumatic components. To make the calculation model reliable, a reasonable C value need to be used. The calculation method consists largely of equations for filling and emptying of pneumatic volumes as well as pressure changes in the cylinder chambers during compression and expansion. With a combination of these equations it is possible to calculate the stroke time. Since the calculation model wants to be kept relatively simple, several assumptions are made about parameters in the system. These assumptions are evaluated according to their potential and impact on the stroke time. Validation experiments show that the calculation model generally works better at high supply pressures and critical flows. When the supply pressure is low and subcritical flow are obtained, the stroke time is affected by many more parameters, which lower the precision of the calculation model. This result is not entirely unexpected since the critical flow equations are relatively simple.

Critical equipment plays an essential role in industry because of its lack of redundancy. Failure of critical equipment results in a major economic burden that will affect the profit of the enterprise. Lack of redundancy for critical equipment occurs because of the high cost of the equipment usually combined with its high reliability.

When we are analyzing the reliability of such equipment, as a result, there are few opportunities to crash a few pieces of equipment to actually verify component life.

Reliability is the probability that an item can perform its intended function for a specified interval of time under stated conditions and achieve low long-term cost of ownership for the system considering cost alternatives. From the economical standpoint, the overriding reliability issue is cost, particularly the cost of unreliability of existing equipment caused by failures.

Classical questions about reliability are:

·\
Doctorat en sciences appliquées
info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’objectif de cette thèse est de présenter les travaux d’une analyse thermo-économique d’un système de dessalement par distillation dans l’optique de revaloriser les pertes thermiques industrielles. Les rejets en question sont ceux d’un moteur Diesel utilisé dans une centrale de production d’électricité. Premièrement, une étude préliminaire est faite en utilisant un modèle boite noire. L’optimisation des fonctions objectives de ce modèle a permis de déterminer les paramètres de conception. Ensuite un nouveau modèle d’éjecteur distinct des deux modèles classiques utilisés en thermodynamique (à pression et à section constante) est développé. Les performances des procédés de détente et de compression dans cet éjecteur sont calculées en appliquant un rendement polytropique comme dans les turbomachines. La méthode développée a permis de déterminer toutes les dimensions de l’éjecteur ainsi que la position de l’onde de choc. Enfin une analyse détaillée du système de dessalement est faite pour déterminer le nombre d’effets ou cellules et les conditions qui permettent de satisfaire les conditions optimales obtenues lors de l’analyse préliminaire. L’analyse thermodynamique se base sur un tout nouveau modèle mathématique qui permet de simuler à la fois les deux configurations les plus utilisées en dessalement. De plus, une analyse thermo-économique basée sur l’exergo-économie a permis de calculer le coût de production et les investissements nécessaires.

In this thesis, three parts, each with several chapters, are respectively devoted to hydrostatic, viscous and inertial fluids theories and applications. In the hydrostatics part, the classical Maclaurin spheroids theory is generalized, for the first time, to a more realistic multi-layer model, which enables the studies of some gravity problems and direct numerical simulations of flows in fast rotating spheroidal cavities. As an application of the figure theory, the zonal flow in the deep atmosphere of Jupiter is investigated for a better understanding of the Jovian gravity field. High viscosity flows, for example Stokes flows, occur in a lot of processes involving low-speed motions in fluids. Microorganism swimming is such typical a case. A fully three dimensional analytic solution of incompressible Stokes equation is derived in the exterior domain of an arbitrarily translating and rotating prolate spheroid, which models a large family of microorganisms such as cocci bacteria. The solution is then applied to the magnetotactic bacteria swimming problem and good consistency has been found between theoretical predictions and laboratory observations of the moving patterns of such bacteria under magnetic fields. In the analysis of dynamics of planetary fluid systems, which are featured by fast rotation and very small viscosity effects, three dimensional fully nonlinear numerical simulations of Navier-Stokes equations play important roles. A precession driven flow in a rotating channel is studied by the combination of asymptotic analyses and fully numerical simulations. Various results of laminar and turbulent flows are thereby presented. Computational fluid dynamics requires massive computing capability. To make full use of the power of modern high performance computing facilities, a C++ finite-element analysis code is under development based on PETSc platform. The code and data structures will be elaborated, along with the presentations of some preliminary results.

Dans ce travail, un moteur Stirling de type Gamma alimenté par énergie solaire avec une faible différence de température a été étudié numériquement et expérimentalement. Un nouveau modèle appelé Polytropic Stirling Model with Losses (PSML) a été proposé et appliqué au moteur GPU-3 Stirling. Un cryoréfrigérateur basé sur un moteur Stirling intégral de type Alpha a été étudié numériquement, après avoir mesuré ses dimensions géométriques au laboratoire. Pour le moteur Stirling de type gamma du laboratoire, le modèle ait thermodynamique à vitesse finie et le modèle isotherme a été développé, incluant les bilans de masse et d’énergie à travers les différents volumes (compression, régénération et expansion) dans le moteur. Différents types de pertes thermiques et mécaniques ont été considérés dans le modèle afin d'analyser les processus thermodynamiques et les pertes dans le moteur Stirling. En outre, des études paramétriques sur les performances du moteur Stirling alimenté à l’énergie solaire ont également été étudiées expérimentalement et numériquement. La comparaison entre les résultats expérimentaux et les résultats de simulation à différents déphasages entre le déplaceur et le piston, et à différentes course de piston montre que le modèle est convaincant dans la prédiction des performances du moteur Stirling. Basé sur la méthode thermodynamique en dimension physique finie, une méthode d’algorithme génétique multi-objectives, objectifs étant la puissance fournie, le rendement énergétique et le taux de génération d'entropie a été utilisé pour optimiser la fonction et la géométrie du moteur du type Gamma. En comparant avec la méthode d'optimisation écologique, la méthode multi-objectif permet de mieux équilibrer les trois objectifs. Le nouveau modèle (PSML) proposé pour prédire les performances du moteur de type Bêta ou Gamma du moteur Stirling, il divise l'espace de travail en 5 parties (volume de compression, refroidisseur, régénérateur, chauffage et volume d'extension). Une liaison entre volume de compression et volume d'extension a été ajoutée dans le modèle adiabatique classique du moteur Stirling. Ainsi, des processus polytropiques ont été considérés dans les volumes de compression et d'expansion du moteur Stirling. Le moteur Stirling GPU-3 a été utilisé pour valider le nouveau modèle. Il a été démontré que le nouveau modèle (PSML) prédit correctement la puissance de sortie et le rendement du moteur. Dans la dernière partie de la thèse, un Cryorefroidisseur Stirling de type Alpha, a été étudié en utilisant un modèle isotherme prenant en considération différentes pertes. Les volumes de compression et d'expansion sont considérés isothermes, et la variation de la température du régénérateur est considéré linéaire. Les bilans d'énergie et d'exergie du Cryorefroidisseur ont été réalisés, et l'effet de divers paramètres sur la performance (puissance de refroidissement et puissance mécanique consommée) est étudié. Les résultats de la simulation pour PPG-102 Stirling cryocooler ont été comparés avec deux autres résultats de simulation de la littérature et des résultats expérimentaux indiquant que ce modèle est convaincant pour prédire la performance du Cryorefroidisseur
In this work a solar powered low temperature difference Gamma type Stirling engine has been studied experimentally and numerically using an isothermal model coupled with various losses and using an objective optimization. A new model named Polytropic Stirling Model with Losses (PSML) has been proposed which was applied to the Beta type GPU-3 Stirling engine. An Alpha type integral Stirling cryocooler has been studied numerically using an isothermal model with losses. To study a Gamma type Stirling engine of our laboratory, an isothermal model coupled with finite speed method has been developed, including mass and energy balances through different spaces of the engine. The engine is divided into 3 volumes: compression volume, regeneration volume, and expansion volume. Different kind of thermal and mechanical losses have been considered in the model, in order to analyze thermodynamic processes and losses in the Stirling Engine. In addition, parameter effects on the performance of the solar powered gamma type Stirling engine have also been studied experimentally and numerically. The comparison between the experimental results and the simulation results at different phase shift between the displacer and the piston, and at different piston stroke shows that the model is convincing to predict the Stirling engine performance. Based on the Finite Physical Dimensional Thermodynamic method, a multi-objective genetic method considering output power, thermal efficiency and entropy generating rate as objective functions simultaneously, has been used to multi-objective optimize the Gamma type Stirling engine. Comparing with the ecological optimization method, the multi-objective method can better balance the three objective goals. The new model (PSML) proposed in the thesis for predicting performance of Beta or Gamma type of Stirling engine divides the working space into 5 parts (compression volume, cooler, regenerator, heater, and expansion volume). A bypass linking compression volume and expansion volume has been added in the classic adiabatic model of Stirling engine. Thus, polytropic processes have been considered in the compression and expansion volumes of the Stirling engine. The GPU-3 Stirling engine has been used to validate the new model. It was shown that the new model (PSML) predict well the output power and the thermal efficiency of the engine well. An isothermal model considering various losses was developed and presented in the last part of this thesis to study an Alpha type Stirling cryocooler, whose geometrical dimensions were measured in our laboratory. The compression and expansion volumes are supposed to be isothermal, the variation of the regenerator temperature is supposed to be linear. Energy and exergy balances of the cryocooler were developed. The effect of various parameters on the cryocooler performance (cooling power and input power) are investigated. The simulation results for PPG-102 Stirling cryocooler were compared with two other simulation results of the literature and with experimental results which indicated that this model is convincing to predict the performance of the Stirling cyocooler

L’objectif essentiel de cette thèse est de développer un système industriel de réfrigération ou de climatisation qui permet la conversion du potentiel de l’énergie solaire en production du froid. Ce système de réfrigération est basé sur la technologie de l’éjecto-compression qui propose la compression thermique comme alternative économique à la compression mécanique coûteuse. Le sous-système de réfrigération utilise un appareil statique fiable appelé éjecteur actionné seulement par la chaleur utile qui provient de l’énergie solaire. Il est combiné à une boucle solaire composée entre autres de capteurs solaires cylindro-paraboliques à concentration. Cette combinaison a pour objectif d’atteindre des efficacités énergétiques et exergétiques globales importantes. Le stockage thermique n’est pas considéré dans ce travail de thèse mais sera intégré au système dans des perspectives futures. En première étape, un nouveau modèle numérique et thermodynamique d’un éjecteur monophasique a été développé. Ce modèle de design applique les conditions d’entrée des fluides (pression, température et vitesse) et leur débit. Il suppose que le mélange se fait à pression constante et que l’écoulement est subsonique à l’entrée du diffuseur. Il utilise un fluide réel (R141b) et la pression de sortie est imposée. D’autre part, il intègre deux innovations importantes : il utilise l'efficacité polytropique constante (plutôt que des efficacités isentropiques constantes utilisées souvent dans la littérature) et n’impose pas une valeur fixe de l'efficacité du mélange, mais la détermine à partir des conditions d'écoulement calculées. L’efficacité polytropique constante est utilisée afin de quantifier les irréversibilités au cours des procédés d’accélérations et de décélération comme dans les turbomachines. La validation du modèle numérique de design a été effectuée à l’aide d’une étude expérimentale présente dans la littérature. La seconde étape a pour but de proposer un modèle numérique basé sur des données expérimentales de la littérature et compatible à TRNSYS et un autre modèle numérique EES destinés respectivement au capteur solaire cylindro-parabolique et au sous-système de réfrigération à éjecteur. En définitive et après avoir développé les modèles numériques et thermodynamiques, une autre étude a proposé un modèle pour le système de réfrigération solaire à éjecteur intégrant ceux de ses composantes. Plusieurs études paramétriques ont été entreprises afin d’évaluer les effets de certains paramètres (surchauffe du réfrigérant, débit calorifique du caloporteur et rayonnement solaire) sur sa performance. La méthodologie proposée est basée sur les lois de la thermodynamique classique et sur les relations de la thermodynamique aux dimensions finies. De nouvelles analyses exergétiques basées sur le concept de l’exergie de transit ont permis l'évaluation de deux indicateurs thermodynamiquement importants : l’exergie produite et l’exergie consommée dont le rapport exprime l’efficacité exergétique intrinsèque. Les résultats obtenus à partir des études appliquées à l’éjecteur et au système global montrent que le calcul traditionnel de l’efficacité exergétique selon Grassmann n’est désormais pas un critère pertinent pour l'évaluation de la performance thermodynamique des éjecteurs pour les systèmes de réfrigération.

Theoretical bounds for performance measures of thermodynamical systems are investigated under conditions of finite times and rates of processes using endoreversible models. These models consist of reversible operating sub-systems which exchange energy via generally irreversible interactions. Analytical and numerical calculations are performed to obtain performance optima and respective optimized process and design parameters for four model systems. A heat engine where the heat transfer between the working fluid and heat reservoirs is described by generalized, polytropic process is optimized for maximum work output. Thermal efficiencies, optimal values for temperatures and process times of the heat transfer processes are determined. A model of a generalized system suited to describe the operation of heat engines, refrigerators, and heat pumps is optimized with respect to thermal efficiency. Several examples illustrate how the results of the analysis are used to allocate financial resources to the heat exchanger inventory in an optimal way. A power-producing thermal system which exchanges heat with several heat reservoirs via irreversible heat transfer processes is analyzed to find the optimal contact times between the working fluid and each of the reservoirs. The piston motion of a Diesel engine is optimized to achieve maximum work for a given amount of fuel. The endoreversible model of the Diesel engine accounts for the temporal variations of the heat produced by the combustion process, the basic flow pattern within the engine's cylinder, the temperature dependence of the viscosity, thermal conductivity, and heat capacity of the working fluid and losses due to friction and heat leak through the cylinder walls
Theoretische Grenzen für verschiedene Leistungsmerkmale von thermodynamischen Systemen werden unter der Bedingung endlicher Zeiten und Prozessraten im Rahmen endoreversibler Modelle untersucht. Diese Modelle bestehen aus reversiblen Subsystemen, welche über allgemein irreversible Wechselwirkungen Energie austauschen. Analytische und nummerische Berechnungen quantifizieren diese Grenzen und liefern optimale Prozess- und Konstruktionsparameter für vier Modellsysteme. Für eine auf maximale Ausgangsarbeit optimierte Wärmekraftmaschine, bei der die Wärme zwischen Arbeitsmedium und Wärmereservoirs während allgemeiner polytroper Zustandsänderungen des Arbeitsmediums übertragen wird, werden optimale Temperaturen und Zeiten für die Wärmeübertragungsprozesse sowie die thermischen Wirkungsgrade bestimmt. Für ein wirkungsgrad-optimiertes Modell eines verallgemeinerten thermischen Umwandlungssytems, das sowohl Wärmekraftmaschinen, Kühler und Wärmepumpen beschreibt, wird die optimale Verteilung von Investitionskosten auf die Wärmetauscher ermittelt und die Anwendung der allgemeingültigen Ergebnisse anhand mehrerer Beispiele demonstriert. Für eine Wärmekraftmaschine mit mehreren Wärmereservoirs wird bestimmt, welche der Wärmereservoirs wie lange kontaktiert werden müssen, um eine maximale Ausgangsarbeit zu erzielen. Für einen Dieselmotor wird die Kolbenbewegung so optimiert, dass bei gegebener Treibstoffmenge eine maximale Ausgangsarbeit erzielt wird. Das endoreversible Modell des Dieselmotors berücksichtigt die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Viskosität des Arbeitsfluids, die Zeitabhängigkeit des Verbrennungsprozesses sowie Reibungs- und Wärmeverluste

Les moteurs électriques pour satellites, qui accélèrent les ions d'un plasma, sont primordiaux pour le succès des missions spatiales (GPS, météo, communication, etc.).Le moteur à effet Hall fait partie des technologies les plus performantes et utilisées.Cependant, sa conception et son optimisation sont longs et coûteux, car des processus clefs sont encore mal compris, en particulier, le transport des électrons et l'interaction plasma-paroi.Afin d'étudier ces deux phénomènes, nous utilisons une simulation cinétique bidimensionnelle.Grace aux résultats de simulation 2D, nous avons mis en évidence que les électrons sont non-locaux, car ils sont absorbés plus vite aux parois qu'ils ne sont thermalisés par les collisions.En conséquence, nous avons développé un modèle de gaine avec une loi d'état polytropique pour les électrons, qui décrit plus précisément l'interaction plasma-surface.Ce modèle peut être utilisé en présence, ou non, d'émission électronique secondaire.Lorsque l'émission secondaire est présente, le modèle de gaine présente jusqu'à trois solutions, ce qui explique les oscillations de gaines observées dans les simulations
Electric propulsion systems that accelerate plasma ions are important for the success of spatial missions (GPS, weather forecast, communication, etc.).The Hall effect thruster is one of the most used and efficient technology.However, its conception and optimization is slow and costly, as key processes are still poorly understood, in particular the electron transport and the plasma-wall interaction.In order to study both phenomena, we use a bi-dimensional kinetic simulation.We showed with 2D PIC simulation results that electrons are non-local, as they are absorbed more quickly at the wall compared to the collision frequency.Consequently, we derived a non-isothermal sheath model using a polytropic state law for the electrons that describes more accurately the plasma-wall interaction.The model can be used with and without secondary electron emission.With electron emission, the sheath model can present up to three solutions, explaining the oscillations observed in the simulations.The azimuthal instability observed, responsible for the electron transport, is compared to the dispersion relation of the ion acoustic wave and the electron cyclotron drift instability.We show that, while the first linear stage of the instability is well understood, the saturated quasi-steady-state is affected by particle-wave interactions and non-linear mechanisms that are not included in the dispersion relation

This work describes exceptional properties of McKibben pneumatical muscle and introduces its state-of-the-art model. The mathematical model is extended especially in a field of a thermodymical behavior. A new model applies a method used for describing of a thermodynamical behavior of pneumatic cylinders until now. This method is significantly upgraded to fit a muscle behavior, particularly by considering a heat generated by a muscle internal natural friction. The model is than verified and discussed with a real system. The haptic part introduces a development and design of a haptic glove interface for the use in robotics, especially in telepresence, or in VR. The force and touch feedback is provided by Pneumatic Muscles controlled by an open loop algorithm using the introduced mathematical model. The design is light and compact.

Το αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη των μετανευτώνειων προσεγγίσεων στο πλαίσιο της Γενικής Σχετικότητας, με έμφαση στους αστέρες νετρονίων. Λόγω του οτι, η μελέτη των αστέρων νετρονίων βασίζεται στην υδροδυναμική περιγραφή της ύλης, το κύριο ενδιαφέρον μας αφορά στον τρόπο που εισάγονται οι μετανευτώνειες προσεγγίσεις στις υδροδυναμικές εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται ορισμένα θεωρητικά στοιχεία γύρω απο φυσικά χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες των συμπαγών αστέρων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά χαρακτηριστικά των καταστατικών εξισώσεων των συμπαγών αστέρων, με έμφαση στην πολυτροπική καταστατική εξίσωση. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η θεωρία των μετανευτώνειων προσεγγίσεων, καθώς και οι μετανευτώνειες εξισώσεις πρώτης τάξης της υδροδυναμικής, στη Γενική Σχετικότητα όπως εισήχθησαν απο τον Chandrasekhar. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η διαταρακτική μέθοδος που χρησιμοποιείται απο τους Fahlman και Anand, για την μελέτη των περιστρεφόμενων πολυτρόπων στο πλαίσιο της πρώτης μετανευτώνειας προσέγγισης στη Γενική Σχετικότητα. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η μετανευτώνεια προσέγγιση δεύτερης τάξης όπως διατυπώθηκε απο τους Chandrasekhar και Nutku. Στο έκτο, και τελευταίο, κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα υπολογιστικό αλγεβρικό πακέτο για μετανευτώνειους υπολογισμούς στη Γενική Σχετικότητα, το PROCRUSTES. Με την βοήθεια του πακέτου αυτού υπολογίσαμε διάφορες ποσότητες στη δεύτερη μετανευτώνεια προσέγγιση, όπως τον τανυστή ενέργειας - ορμής, 𝑇𝑖𝑗, τον τανυστή Ricci, 𝑅𝑖𝑗, τις εξισώσεις κίνησης, Τ𝑖𝑗;𝑗 = 0, και άλλες. Το PROCRUSTES είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στη μετανευτώνεια μελέτη καθώς μπορεί κανείς να παράξει τις περίπλοκες εκφράσεις διαφόρων ποσοτήτων σε ελάχιστο χρόνο και χωρίς την πιθανότητα λάθους. Επίσης, με την βοήθεια του πακέτου αυτού, υπολογίσαμε τις αναλυτικές εκφράσεις των εξισώσεως κίνησης, Τ𝑖𝑗;𝑗 = 0, στην δεύτερη μετανευτώνεια προσέγγιση. Με κατάλληλη μετατροπή των εκφράσεων αυτών, μπορούμε να εφαρμόσουμε την μέθοδο των Fahlman και Anand, με σκοπό την μελέτη των περιστερόμενων πολυτρόπων στη μετανευτώνεια προσέγγιση δεύτερης τάξης. Στο τέλος της εργασίας παρατίθεται ένα συμπλήρωμα με τη δομή του προγράμματος και ορισμένες απο τις ποσότητες που υπολογίστηκαν στο πλαίσιο της εργασίας.
The main subject of my master thesis is the study of,the post-Newtonian approximations (PNA) in General Relativity (G-R), mainly those that concern the neutron stars. Owing to the study of neutron stars is on the hydrodynamic description of matter, our main interest lies uponthe way the PNA affects the hydrodynamic equations of G-R. In the first chapter there is presented the main theory around the physical attributes of compact stars. The second chapter reffers to the general features of the equations of state (EoS) of compact stars, giving emphasis to the polytropic EoS. In the yhird chapter, there is presented the theory of the PNA. There are also presented the the hydrodynamic equations in the PNA as the were introduced by Chandrasekhar. The fourth chapter is dedicated to the presentation of the method that was introduced by Fahlman and Anand, on the study of rotating polytropes in the PNA to G-R. The fifth chapter focuses on the second PNA as it formulated by Chandrasekhar and Nutku. During the sixth and final chapter there is presented a computer algebra package for post-Newtonian calculations in G-R, the PROCRUSTES. Whith the aid of thiw package, we calculated several quantities in the second PNA, as for example the E-M tensor 𝑇𝑖𝑗„ the Ricci tensor 𝑅𝑖𝑗 and the equations of motion (EoM) Τ𝑖𝑗 ;𝑗 = 0. PROCRUSTES is a very useful tool for the post-Newtonian study, as someone can produce the compicated equations of several quantities in no time and eliminating the possibility of making some mistake during the calculation. Moreover, using PROCRUSTES we calculated the expressions of the EoM’s in the second PNA. Under appropriate transformation of these expressions, we are able to apply the method of Fahlman and Anand onto these equations with a view to the study of rotating polytropes in the second PNA. At the end of this work there is quoted a supplement with the structure of the programm we used, along with some of the quantities that were calculated during this work.

Observations of solar wind temperatures near the Earth indicate that heating of the solar wind plasma exists. An alternate approach to finding explicit heating terms for the energy equation is to use a polytropic approximation. Using data from the Helios 1 spacecraft, an empirical value for the polytropic index of the solar wind is found to be independent of speed state, within statistical error, and has an average value of 1.47. Application of this empirically derived index to a solar wind computer model is examined by comparing the MHD energy equation and the polytropic relation. The result is obtained that the polytropic index can replace the adiabatic index in the MHD energy equation to simulate the effects of heat conduction if the assumptions are made that the heat conduction flux has a specific form and the particle pressure has no explicit time dependence. Justifications and limitations of this approach are discussed.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1995.
Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 201-202).

Data from the Helios 1 spacecraft have been used to determine an empirical value for the polytropic index for the free-streaming solar wind. Application of this non-adiabatic polytropic index to a two-dimensional solar wind computer model to simulate the effects of thermal heat conduction has been investigated. The current project involves the insertion of this empirically-derived polytropic index into a magnetohydrodynamic model of solar wind propagation. This computer model is used to predict the time for shocks originating at the Sun to travel to Earth. This information is important for the protection of Earth-orbiting satellites. The model is a two and one-half-dimensional numerical code that solves the magnetohydrodynamic equations using the two-step Lax-Wendroff scheme. The shock jump ratios of the plasma parameters are determined using the Rankine-Hugoniot relations. In addition, the shock model requires a representative background solar wind as an initial condition. The original background solar wind is similar to the results obtained by Parker (Astrophysical Journal, 1958) and Weber and Davis (Astrophysical Journal, 1967). Changes to this initial condition are made by applying the non-adiabatic polytropic index to a three-dimensional, steady-state, magnetohydrodynamic model of the solar wind. The adjustments to the steady-state model produce a background solar wind that compares well to Helios 1 data. This new background solar wind is used as the initial condition for the 2D shock model. The shock model is also adjusted to include the effects of heat conduction. Comparison of model results with observational data indicate that these changes produce average transit times that are only 45 minutes late. Before the changes to the 2D shock model and its initial solar wind condition were made, the average prediction time was two hours late. Adjusting the shock model to include the effects of heat conduction but using the original background solar wind produces an average transit time that is less than one hour early. A few specific events are discussed in greater detail.

This thesis discusses transport phenomena of charged particles in low pressure plasmas which are of particular interest to electric propulsion systems. Electrons of low collisionality behave nonlocally and their thermodynamic interpretation should be revisited as traditional thermodynamic concepts are based on the collision-dominated local equilibrium. The polytropic process is adapted to nonlocal electron transport during plasma expansion. A conservation relation between electron enthalpy and potential energy is derived from nonlocal electron energy probability functions and verified by previously published measurements in a laboratory helicon double layer thruster. Analysis of the experimental data shows that although the electron transport along a divergent magnetic field is an adiabatic process, it yields a polytropic index of 1.17, which is less than the classic adiabatic index of 5/3. A theoretical perspective of how nonlocal electron energy probability functions determine the polytropic index is investigated through three different bi-Maxwellian distributions. The polytropic index increases when the electron energy probability function becomes more convex and decreases when more concave. The polytropic index of 5/3 corresponds to a Heaviside distribution and is an element of a set of polytropic indices for systems governed by nonlocal particle dynamics. Considering interrelations between the solar wind and laboratory plasmas, a new scenario is hypothesized for the thermodynamic behavior of the solar wind: although the solar electrons give a polytropic index less than 5/3, their actual transport might be adiabatic. Ion beam experiments are carried out in the Chi-Kung reactor implemented with a cylindrical plasma source (cylindrical plasma thruster) or an annular plasma source (annular plasma thruster). The cylindrical plasma thruster can be operated under a high magnetic field mode and a low magnetic field mode. In the high field mode, a bi-directional ion beam travelling in opposite directions is respectively measured in the converging and diverging parts of a magnetic nozzle, exhibiting a very different scenario from the classic one-directional nozzle flow of compressible gases. No ion beam is detected for the low field mode although an axial potential drop exists in the plasma source, for which a correlation between ion beam formation and radial plasma transport at the magnetic throat is revealed. The annular plasma thruster provides an enhanced degree of freedom in terms of electron heating by using either an outer antenna or an inner antenna. Electron transport in the annular system is characterized and compared for the two opposite antenna cases. An annular ion beam is observed downstream of the plasma source for the outer antenna case while not for the inner antenna case. It merges into a solid structure (with the central hollow filled) in the diffusion chamber and a reversed-cone wake is formed behind the inner tube. Transport behavior of an annular plasma is greatly changed from a cylindrical plasma due to the occurrence of an inner wall boundary. Depending on the presence of ion-neutral collisions or not, collisional modeling and collisionless modeling are respectively developed to better understand radial transport of unmagnetized charged particles across annuli. The electrons are in an equilibrium state and assumed to be governed by the Boltzmann relation (equivalent to a Maxwellian equilibrium). The collisional ion transport is described by three mobility governed models: a low field electric field model, an intermediate electric field model and a high electric field model. The collisionless ion transport is studied using the Tonks and Langmuir theory and the solution is expressed in terms of the Maclaurin series approximant and Padé rational approximant. The annular modeling is applied to argon plasmas and discussed for different Paschen numbers and annular geometries.

Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων με ιδιαίτερη έμφαση στις ακτινικές ταλαντώσεις τους. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι ο υπολογισμός των συχνοτήτων των ακτινικών ταλαντώσεων των αστέρων νετρονίων. Στο πρώτο, κεφάλαιο κάνουμε μία μικρή εισαγωγή για τους αστέρες νετρονίων και τους ταχέως περιστρεφόμενους αστέρες νετρονίων (pulsars) καθώς και για τον ρόλο, που διαδραματίζουν αυτοί και τα διπλά συστήματα που σχηματίζουν, στην σύγχρονη Αστροφυσική. Ακόμα αναφερόμαστε στην εσωτερική δομή των αστέρων νετρονίων και σε κάποιες από τις καταστατικές εξισώσεις, που μπορεί να περιγράφουν την ύλη στο εσωτερικό του, δίνοντας έμφαση στην πολυτροπική καταστατική εξίσωση την οποία και υιοθετούμε στην παρούσα εργασία. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παραθέτουμε τις εξισώσεις Oppenheimer–Volkoff(OV) που περιγράφουν την ισορροπία ενός αδιατάρακτου αστέρα νετρονίων. Στη συνέ- χεια, θεωρώντας τις ακτινικές ταλαντώσεις 1) ως απειροστού πλάτους αδιαβατικές ταλαντώσεις που διατηρούν τον βαρυονικό αριθμό και 2) ως αποτέλεσμα της αργής περιστροφής του αστέρα, καταλήγουμε σε μία δεύτερης τάξης διαφορική εξίσωση που διέπει τις ακτινικές ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων. Η εξί- σωση αυτή γράφεται στη μορφή Sturm– Liouville. Επιπροσθέτως, συνεχίζουμε παραθέτοντας τον διορθωτικό όρο, λόγω περιστροφής, για την τιμή της συχνότη- τας και τις εξισώσεις που διέπουν τις μη ακτινικές ταλαντώσεις. Τέλος κλείνουμε το κεφάλαιο αυτό με μία ανάλυση των διαφόρων τρόπων ταλάντωσης. Στο τρίτο κεφάλαιο, αρχικά επιλύουμε, με τη χρήση ενός πρωτότυπου επα- ναληπτικού αλγορίθμου, το σύστημα διαφορικών εξισώσεων OV για την εύρεση των φυσικών παραμέτρων του αστέρα. Στη συνέχεια, αφού αρχικά αναλύσουμε τις βασικότερες μεθόδους επίλυσης της διαφορικής εξίσωσης των ακτινικών ταλα- ντώσεων, που εμφανίζονται στην βιβλιογραφία, μετατρέπουμε τη μορφή Sturm– Liouville σε ένα σύστημα δύο διαφορικών εξισώσεων πρώτης τάξης, το οποίο επιλύουμε με την βοήθεια της μεθόδου σκόπευσης (shooting method). Στη βιβλιογραφία, υπάρχουν δύο διαφορετικές τάσεις αντιμετώπισης της πο- λυτροπικής καταστατικής εξίσωσης, ανάλογα με το αν στην θέση της πυκνότητας εισέρχεται η πυκνότητα μάζας ηρεμίας ή η πυκνότητα της ολικής μάζας–ενέργειας. Ακόμα, δύο είναι και οι διαφορετικοί τρόποι αντιμετώπισης του αδιαβατικού δεί- κτη, ο οποίος εισέρχεται στην εξίσωση που περιγράφει τις ακτινικές ταλαντώσεις, ανάλογα με το αν είναι σταθερός ή μεταβάλλεται. Από τις τέσσερις αυτές βασικές υποθέσεις για την πολυτροπική καταστατική εξίσωση και τον αδιαβατικό δείκτη, προκύπτουν τέσσερα διαφορετικά πρωτότυπα μοντέλα για τις ακτινικές ταλαντώ- σεις, τα οποία και επιλύουμε. Στο τελευταίο κεφάλαιο, υπολογίζουμε και παρουσιάζουμε τις τρεις πρώτες συχνότητες των τεσσάρων πρωτότυπων μοντέλων για τις ακτινικές ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων για τρεις διαφορετικές τιμές του πολυτροπικού δείκτη και αναλύουμε τις αριθμητικές μεθόδους, τις οποίες χρησιμοποιούμε, καθώς και τις αντίστοιχες υπορουτίνες της βιβλιοθήκης SLATEC. Εν κατακλείδι, τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός πρωτότυπου επαναληπτικού αλγορίθμου για την εύρεση της ακτίνας του αστέρα με μεγάλη ακρίβεια και η παρουσίαση αποτελεσμάτων για τέσσερα πρωτότυπα μοντέλα που περιγράφουν τις ακτινικές ταλαντώσεις των αστέρων νετρονίων.
In the present Thesis we study the oscillations of neutron stars emphasizing on the radial oscillations. The Thesis is organized in four chapters. In the first chapter, we introduce the theoretical background of neutron stars and pulsars. We then discuss the importance of the role that the binary neutron stars play in modern Astrophysics. Next, we refer to the structure of these stars and introduce some of the equations of state (EOS) which try to describe the matter occupying the inner layers of neutron stars, emphasizing on the polytropic EOS which is adopted here. In the second chapter we, first introduce the Oppenheimer–Volkoff (OV) system of differential equations, describing the hydrostatic equilibrium of a non rotating, non pulsating neutron star, and considering the radial oscillations 1) as infinitesimal, baryon-number conserving, adiabatic oscillations 2) as the result of the slow rotation of the neutron star, we derive the second order differential equation governing the radial oscillations of a neutron star. We then rewrite this equation in the Sturm–Liouville form. The expression of the change of frequency of the radial oscillations due to slow rotation and the equations of state is obtained. Finally, we conclude this chapter with a mode analysis of oscillations of neutron stars in general. In the third chapter, we first solve the OV system of differential equations, implementing an original iterative algorithm, and thus calculate the physical parameters of the star. Next, some of the methods used for solving the equations describing the radial oscillations are discussed. Finally, we transform the Sturme–Liouville form to a set of two first order differential equations, which are computed by implementation of the shooting method. In the bibliography, the polytropic EOS is considered in two different ways, depending on which density (rest mass or total mass–energy) is involved in the polytropic EOS. In a similar manner, we have two different ways for considering the adiabatic exponent which enters the equation describing the radial oscillations (constant or variable). Considering these four different assumptions for the polytropic EOS and the adiabatic exponent, we construct four different models of pulsating neutron stars. In the final chapter, we compute and present the first three frequencies of each basic model concerning radial oscillations of neutron stars for three values of the polyropic index. We discuss the numerical methods implemented here and the involved subroutines, which can be found in the SLATEC Library. The main issues of the present Thesis are the development of an iterative algorithm for accurately computing the radius of the star and the computation of the frequencies for the four basic models describing th radial oscillations of neutron stars.

Στο πρώτο μέρος της διατριβής περιγράφεται η "στρατηγική του μιγαδικού επιπέδου" (cxps) και εξηγείται ο λόγος για τον οποίο προκρίνεται αυτή. με την cxps συνεργάζεται στενά η "τεχνική της πολλαπλής διαμερισης" (MTP), η οποία χρησιμοποιείται στους σχετικούς υπολογισμούς. κατασκευάζεται το μοντέλο ενός διαφορικά περιστρεφόμενου πολυτρόπου αστέρα υπό την επίδραση τυροειδούς μαγνητικού πεδίου. εισάγεται η ποσότητα h σαν παράμετρος διαταραχής και u παράμετρος διαφορικής περιστροφής. αναπτύσσεται η θεωρία που περιλαμβάνει όρους μέχρι και πρώτης τάξης στις παραμέτρους διαταραχής u, h και ευρίσκονται οι διαφορικές εξισώσεις, στις οποίες, υπακούουν οι συναρτήσεις του προβλήματος. ακολούθως γίνεται αριθμητική εφαρμογή των προηγούμενων για όλες τις ενδιαφέρουσες καταστάσεις περιστροφής. το δεύτερο μέρος της διατριβής διαπραγματεύεται μοντέλα, στα οποία η διαφορική περιστροφή προκύπτει από το ιξώδες υλικό του αστέρα με επίλυση της λεγόμενης "εξισώσεως ζεύξης", η οποία είναι συνέπεια της εξισώσεως Navier-Stokes για ιξωδοπολυτροπικούς αστέρες. παρουσιάζονται αριθμητικά αποτελέσματα για τη δομή διαφόρων μοντέλων με ασθενές, μέτριο και ισχυρό μαγνητικό πεδίο. δίνεται έμφαση στον υπολογισμό της "ενεργειακής απώλειας" λογω ιξώδους τριβής. ακολουθει σχολιασμός των αριθμητικών αποτελεσμάτων με έμφαση στο γεγονός ότι η ύπαρξη του μαγνητικού πεδίου περιορίζει δραστικά την ενεργειακή απώλεια. στην περίπτωση αυτή το μαγνητικό πεδίο δρα ως "λιπαντικό" και προστατεύει τον αστέρα από την υπερβολική απώλεια ενέργειας λογά ιξώδους τριβής των διαφορικώς περιστρεφόμενων φλοιών του.
In the first part, it has primarily been described the "complex plane strategy"(cxps) and has also been explained the reason of implementing this method in the present investigation. With the cxps collaborates the "multiple partition technique" (MTP) which is involved in the corresponding computations. In particular, the model of a differentially rotating polytropic star is constructed, which is under the cooperating influence of a toroidal magnetic field. To this purpose, perturbation theory is used on the basis of the fundamental magnetic perturbation parameter h. the theory including terms up to the first order in both the perturbation parameters u (rotation) and h (magnetic field),is developed and the corresponding differential equations are set up. Our computation concerns mainly critical rotations. In the second part of the thesis, we consider models with differential rotation owing to the viscous material of the star, on the basis of the so called "coupling equation" that is consequence of the Navier-Stokes equation for viscous polytropic stars. Emphasis is given on the study of dissipative effects due to viscous friction, as they are determined by the combined action of rotation and magnetic field. The computations show that a toroidal magnetic field can play the role of an efficient "lubricant" injected into the material of the particular magnetic model, thus reducing drastically the energy dissipated due to viscous friction.

Κύριο αντικείμενο μελέτης της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι οι περιστρεφόμενοι αστέρες νετρονίων. Λόγω του ότι οι κλασικές διαταρακτικές μέθοδοι που εφαρμόζονται για την εύρεση της ακτίνας ενός περιστρεφόμενου πολυτροπικού μοντέλου περιορίζονται, από την επιφάνεια του αστέρα, αναπτύξαμε μία μέθοδο για τον υπολογισμό ποσοτήτων πέραν αυτού του ορίου. Αυτή η γενικευμένη μέθοδος χρησιμοποιεί τις μετανευτώνειες παραμέτρους ως όρους διαταραχής. Υλοποιώντας έναν κώδικα σε γλώσσα προγραμματισμού Fortran, υπολογίσαμε εκτεταμένους πίνακες ποσοτήτων και σταθερών. Μέσω της γενικευμένης αυτής μεθόδου επιτυγχάνεται η εύρεση της ακριβούς τιμής της ακτίνας ενός τέτοιου μοντέλου καθώς και ο καθορισμός της κρίσιμης παραμέτρου περιστροφής, η οποία αποτελεί μία μετανευτώνεια παράμετρο. Ο υπολογισμός της κρίσιμης παραμέτρου διαταραχής επιτυγχάνεται με ευκολία, κυρίως εκ του λόγου ότι η μέθοδος έχει υπολογίσει εκτεταμένους πίνακες συναρτησιακών τιμών. Οι υπολογιζόμενες κρίσιμες παράμετροι διαταραχής είναι μεγαλύτερες των αντιστοίχων τιμών της βιβλιογραφίας (κυρίως σε σύγκριση με τους Fahlman-Anand [55]), και φαίνεται να συμφωνούν καλύτερα με τις τιμές που υπολογίζονται από τις λεγόμενες επαναληπτικές μεθόδους. Τα αποτελέσματα επαληθεύουν με μεγάλη ακρίβεια τιμές συναρτήσεων και παραμέτρων σε σύγκριση με την κλασική βιβλιογραφία. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε πέντε μέρη, τα οποία αναπτύσσονται στα κεφάλαια 1, 2, 3, 4 και 5. Στο πρώτο κεφάλαιο, περιγράφεται ο αστέρας νετρονίων ως αστροφυσικό αντικείμενο. Δίνεται βάρος τόσο στη δομή του όσο και στα φυσικά χαρακτηριστικά του. Η ύπαρξη των αστέρων νετρονίων είναι απόλυτα συνδεδεμένη με τους πάλσαρς. Αυτοί αποτελούν ένα «ζωντανό» παράδειγμα περιστρεφομένων αστέρων νετρονίων; έτσι, γίνεται αναφορά στις φυσικές ιδιότητες και στις διεργασίες που πραγματοποιούνται σε αυτούς. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στις καταστατικές εξισώσεις που διέπουν το εσωτερικό των αστέρων νετρονίων, και στην έννοια του πολυτρόπου. Αφενός μεν, διότι δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί μία μελέτη για αυτούς τους αστέρες χωρίς να υιοθετηθεί κάποια καταστατική εξίσωση, αφετέρου δε διότι μία από τις πλέον ενδεικτικές για την περιγραφή τους (και την οποία εμείς υιοθετούμε) είναι αυτή του πολυτρόπου. Επιπλέον, αναλύουμε τις εξισώσεις που διέπουν το αδιατάρακτο πολυτροπικό μοντέλο, όπως και αυτές που περιγράφουν το αντίστοιχο διαταραγμένο, σύμφωνα με τη θεωρία που ανέπτυξε ο Chandrasekhar. Στο τρίτο κεφάλαιο, χρησιμοποιούμε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας στη μελέτη του πολυτροπικού μοντέλου, εστιάζοντας κυρίως στον τρόπο με τον οποίο τροποποιείται η κλασική θεώρηση, στο πώς μετασχηματίζονται η βασικές ποσότητες του μοντέλου, και στο πώς προκύπτουν οι σχέσεις της μετανευτώνειας προσέγγισης. Εξάγουμε τις μετανευτώνειες εξισώσεις της υδροδυναμικής και αναπτύσσουμε το διαταρακτικό μοντέλο επίλυσης, από το οποίο προκύπτουν οι εξισώσεις που επιλύουμε αριθμητικά. Στο τέταρτο κεφάλαιο, κάνουμε αναφορά στις διάφορες αριθμητικές μεθόδους που έχουν αναπτυχθεί για την μελέτη του σχετικιστικά περιστρεφόμενου πολυτροπικού μοντέλου. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζουμε πίνακες αποτελεσμάτων και ενδιαφέρουσες γραφικές παραστάσεις. Δίνουμε επίσης ορισμένες αλγοριθμικές λεπτομέρειες για το πρόγραμμά μας. Συγκεκριμένα, γενικεύουμε τη μέθοδο των μετανευτωνείων προσεγγίσεων και αναλύουμε τα πλεονεκτήματα της. Ακολούθως, παραθέτουμε μία περιγραφή της αριθμητικής διαπραγμάτευσης της μεθόδου και την πορεία υλοποίησής της. Τέλος, παρατίθενται οι πίνακες των αποτελεσμάτων και τα τελικά συμπεράσματα.
In the present Thesis, we study rotating neutron stars. Due to the fact that the classical perturbation methods implemented to compute the radius of a polytropic rotating model are restricted by the star's surface, we develop a method for continuing integrations beyond this limit. This general approach utilises the postnewtonian parameters in terms of disturbance. By the application of a code written in Fortran, we calculate extensive tables of quantities and constants. Furthermore, we compute the radius as well as the critical rotation parameter, which plays the role of a postnewtonian term. This Thesis is organized in five chapters. In the first chapter, the neutron star is presented as an astrophysical object. Its structure and physical characteristics are of a great importance. Moreover, the existence of neutron stars is linked to pulsars, which are "living" examples of rotating neutron stars. Therefore, the physical characteristics of these objects are discussed in this chapter. The second chapter refers to the equations that describe the structure of the neutron stars and to the concept of polytropes. First, due to the difficulty in implementing a study for these stars without the adoption of any equation of state as well as due to the most indicative one for their description which is that of the polytrope. Second, the equations that refer to the undistorted and those that describe the corresponding distorted configurations are analysed in this chapter, in accordance with Chandrasekhar's perturbation theory. In the third chapter, the General Theory of Relativity is used to the study of the polytropic model, focusing on how the classical theory is corrected, on how the basic model's quantities are transformed and on how the equations of the postnewtonian approach are derived. The equations to be solved result from the latter ones. Furthermore, a a discussion on the various numerical methods that have been developed for studying the relativistic rotating polytopric model is given in the fourth chapter. In the fifth chapter of this Thesis, a number of tables illustrating results as well as some interesting diagrams are included. Certain algorithmic details for our program are given. We also discuss the generalisation of the postnewtonian approach and its advantages.

Στην παρούσα διατριβή υπολογίζονται σχετικιστικά πολυτροπικά μοντέλα περιστρεφομένων αστέρων νετρονίων, καθώς και μοντέλα που περιγράφονται από ρεαλιστικές καταστατικές εξισώσεις. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι να υπολογιστούν σημαντικές φυσικές ποσότητες ενός αστέρα νετρονίων, στην περίπτωση της υδροστατικής ισορροπίας, της ομοιόμορφης αλλά και της διαφορικής περιστροφής, καθώς και στην περίπτωση που ο αστέρας έχει μαγνητικό πεδίο με πολοειδή και τοροειδή συνιστώσα. Μία σύντομη περιγραφή της αριθμητικής διαπραγμάτευσης έχει ως εξής. Καταρχάς, επιλύεται το σύστημα διαφορικών εξισώσεων Oppenheimer-Volkov (OV). Το σύστημα αυτό περιγράφει την υδροστατική ισορροπία μη περιστρεφομένων πολυτροπικών μοντέλων. Στη συνέχεια, θεωρείται η ομοιόμορφη περιστροφή ως διαταραχή, σύμφωνα με την «μέθοδο διαταραχής Hartle» και υπολογίζονται διορθώσεις στην μάζα και την ακτίνα, διορθώσεις που οφείλονται σε σφαιρικές και τετραπολικές παραμορφώσεις. Ακολούθως, εφαρμόζεται μία διαταρακτική προσέγγιση με όρους τρίτης τάξης στην γωνιακή ταχύτητα, Ω. Η στροφορμή, J, η ροπή αδράνειας, I, η περιστροφική κινητική ενέργεια, T, και η βαρυτική δυναμική ενέργεια, W, είναι ποσότητες που υφίστανται σημαντικές διορθώσεις από την προσέγγιση τρίτης τάξης. Η διαφορική περιστροφή ϑεωρείται ότι (i) υπακούει σε έναν συγκεκριμένο νόμο, ή (ii) επάγεται από το συνδυασμό ομοιόμορφης περιστροφής και ακτινικών ταλαντώσεων του αστέρα· ο στόχος είναι να υπολογισθεί η μεταβολή σημαντικών φυσικών ποσοτήτων που οφείλεται στη διαφορική περιστροφή. Στο δεύτερο μέρος, μελετάται η επίδραση του μαγνητικού πεδίου, το οποίο αποτελείται από πολοειδή και τοροειδή συνιστώσα, με τη «μέθοδο διαταραχής κατά Ioka-Sasaki» (IS). Στην παρούσα διαπραγμάτευση, το πρόβλημα περιγράφεται από μία «γενικευμένη διαφορική εξίσωση Grad-Shafranov» (GS),η επίλυση της οποίας δίνει τη συνάρτηση ροής (flux function), ψ. Μέσω αυτής της συνάρτησης υπολογίζονται οι συνιστώσες του μαγνητικού πεδίου και η γεωμετρική παραμόρφωση που υφίσταται ο αστέρας λόγω του μαγνητικού πεδίου. Η αντιμετώπιση του προβλήματος γίνεται και σε αυτήν την περίπτωση με τη ϑεωρία διαταραχών. ΄Εχοντας υπολογίσει μοντέλα περιστρεφομένων αστέρων νετρονίων και διάφορα μοντέλα με μαγνητικό πεδίο, μπορούμε να συνθέσουμε τα αποτελέσματά μας και να προσδιορίσουμε μοντέλα αστέρων νετρονίων μηδενικής φαινόμενης παραμόρφωσης (equalizers), δηλαδή αστέρων νετρονίων που η περιστροφή και το μαγνητικό πεδίο προκαλούν ίσες και αντίθετες γεωμετρικές παραμορφώσεις στο σχήμα του αστέρα.
We compute relativistic polytropic models as well as models obeying realistic equations of state, of rotating neutron stars. The purpose of this study is to calculate significant physical quantities of a neutron star, in the case of hydrostatic equilibrium, rigid and differential rotation, as well as in the case of a magnetic neutron star with both poloidal and toroidal components. A short description of the numerical treatment has as follows. First, we solve the Oppenheimer-Volkov system of differential equations. This system refers to hydrostatic equilibrium of non rotating polytropic models. Then, solid rotation is added as a perturbation, according to "Hartle’s perturbation method" and corrections to mass and radius are calculated, as also corrections due to spherical and quadrupole deformations. In addition a third order perturbation in angular velocity, Ω, is implemented. Angular momentum, J, moment of inertia, I, rotational kinetical energy, T, and gravitational potential energy, W, are quantites that are significally corrected by the third order approximation. Differential rotation is assumed that (i) obeys a specific law, or (ii) follows as a result of the solid rotation and radial oscillations combination; our purpose is the calculation of the main physical quantities that are altered by differential rotation. In the second part the effect of magnetic field is studied, which consists of a poloidal and a toroidal component. The "Ioka-Sasaki perturbation method" (IS) is implemented. This problem is described by the quantification of the flux function ψ, which comes as a solution of the "Grad-Shafranov" (GS) differential equation. Then the components of the magnetic field and the quadrupole deformation of the star are calculated. This method is also a perturbative method similar to "Hartle’s perturbation method". Having calculated models of rotating neutron stars, as also various models of magnetic fields, we can compose our results and determine models of neutron stars with zero deformation, the equalizers, these are neutron stars that are rotating and also have a magnetic field in a way that they, rotation and magnetic field, produce equal but opposite geometrical deformations in the shape of the star.

Theoretical bounds for performance measures of thermodynamical systems are investigated under conditions of finite times and rates of processes using endoreversible models. These models consist of reversible operating sub-systems which exchange energy via generally irreversible interactions. Analytical and numerical calculations are performed to obtain performance optima and respective optimized process and design parameters for four model systems. A heat engine where the heat transfer between the working fluid and heat reservoirs is described by generalized, polytropic process is optimized for maximum work output. Thermal efficiencies, optimal values for temperatures and process times of the heat transfer processes are determined. A model of a generalized system suited to describe the operation of heat engines, refrigerators, and heat pumps is optimized with respect to thermal efficiency. Several examples illustrate how the results of the analysis are used to allocate financial resources to the heat exchanger inventory in an optimal way. A power-producing thermal system which exchanges heat with several heat reservoirs via irreversible heat transfer processes is analyzed to find the optimal contact times between the working fluid and each of the reservoirs. The piston motion of a Diesel engine is optimized to achieve maximum work for a given amount of fuel. The endoreversible model of the Diesel engine accounts for the temporal variations of the heat produced by the combustion process, the basic flow pattern within the engine's cylinder, the temperature dependence of the viscosity, thermal conductivity, and heat capacity of the working fluid and losses due to friction and heat leak through the cylinder walls.
Theoretische Grenzen für verschiedene Leistungsmerkmale von thermodynamischen Systemen werden unter der Bedingung endlicher Zeiten und Prozessraten im Rahmen endoreversibler Modelle untersucht. Diese Modelle bestehen aus reversiblen Subsystemen, welche über allgemein irreversible Wechselwirkungen Energie austauschen. Analytische und nummerische Berechnungen quantifizieren diese Grenzen und liefern optimale Prozess- und Konstruktionsparameter für vier Modellsysteme. Für eine auf maximale Ausgangsarbeit optimierte Wärmekraftmaschine, bei der die Wärme zwischen Arbeitsmedium und Wärmereservoirs während allgemeiner polytroper Zustandsänderungen des Arbeitsmediums übertragen wird, werden optimale Temperaturen und Zeiten für die Wärmeübertragungsprozesse sowie die thermischen Wirkungsgrade bestimmt. Für ein wirkungsgrad-optimiertes Modell eines verallgemeinerten thermischen Umwandlungssytems, das sowohl Wärmekraftmaschinen, Kühler und Wärmepumpen beschreibt, wird die optimale Verteilung von Investitionskosten auf die Wärmetauscher ermittelt und die Anwendung der allgemeingültigen Ergebnisse anhand mehrerer Beispiele demonstriert. Für eine Wärmekraftmaschine mit mehreren Wärmereservoirs wird bestimmt, welche der Wärmereservoirs wie lange kontaktiert werden müssen, um eine maximale Ausgangsarbeit zu erzielen. Für einen Dieselmotor wird die Kolbenbewegung so optimiert, dass bei gegebener Treibstoffmenge eine maximale Ausgangsarbeit erzielt wird. Das endoreversible Modell des Dieselmotors berücksichtigt die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Viskosität des Arbeitsfluids, die Zeitabhängigkeit des Verbrennungsprozesses sowie Reibungs- und Wärmeverluste.