Two dimensional sloshing phenomena in regularly excited liquid cargo tank are numerically simulated with finite difference method. Navier-Stokes equations and continuity equation are computed for this study. The free-surface is determined every time step satisfying kinematic boundary condition using marker-density method. And the exciting force is treated by adding the acceleration of the tank to source term. The results are compared with other existing experiment results. And the comparison results show a good agreement. The sloshing phenomena in the tank of the 138K LNG carrier in sway motion is simulated with present calculation methods in low filling level. To find the relations between impact pressure and excitation condition, the calculations are performed in various amplitudes and periods. The averaged maximum pressures are compared each other.
This paper presents the results of sloshing experiments having different fluids in model tanks with various density ratios. The experimental model consisting water and air at ambient, which has been commonly used, is not consistent in density ratio with that of an actual LNG cargo tank. Therefore, an advanced experimental scheme is developed to consider the same density ratio of LNG and NG by using a mixed gas of sulfur hexafluoride ($SF_6$) and nitrogen ($N_2$). For experimental observation, a two-dimensional model tank of 1/40 scale and a three-dimensional model tank of 1/50 scale have been manufactured and tested at various conditions. Two different fillings with various excitation frequencies under regular motions have been considered for the two-dimensional model tank, and three different filling levels under irregular motions have been imposed for the three-dimensional model tank. The density ratio between gas and liquid varies from the ratio of the ambient air and water to that of the actual LNG cargo container, and the different composition of gas is used for this variation. Based on the present experimental results, it is found that the decrease of sloshing pressure is predicted when the density ratio increases.
HIL 시뮬레이션은 복잡한 실시간 임베디드 시스템을 개발하고 테스트하는 데 사용되는 기법이다. HIL 테스트는 해양플랜트와 같은 고부가가치 선박인 LNGC의 PMS 성능 검증을 위한 효율적인 플랫폼이 된다. 그러나 국내 조선소를 비롯한 연구기관에서 스스로 HIL 테스트를 수행하기에는 시간이 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해, 본 연구는 전력 공급 장치 / 소비 장치, 제어콘솔, MSBD 로 구성된 FPGA 기반의 PMS-HIL 시뮬레이터를 제안한다. 제안된 HIL시뮬레이션 플랫폼은 실제 장비 데이터를 사용하였고, PMS의 부하 공유 테스트를 수행하였다. 제안된 시스템은 대칭, 비대칭 및 고정 부하분배를 통해 검증하였고 공장수락시험 대체 가능성을 보여 준다. 또한 향후 에너지관리시스템 개발을 비롯한 선박 자동화 및 자율운항을 위한 추가 시스템 개발 시 많은 도움을 줄 것으로 사료된다.
본 연구에서는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas) 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하는 방법으로 액화 공기를 생산하는 공정을 개발하였다. 액화 공기는 LNG 수출국으로 운송하여 천연가스 액화를 위한 냉매를 부분적으로 대체하는 용도로 활용될 수 있다. 이를 위하여, 액화 공기는 LNG 운반선에 저장 가능한 압력을 만족하여야 한다. 따라서, 가장 널리 사용되는 멤브레인 탱크로 액화 공기를 운송하기 위해 약 1.3 bar에서 공기가 액체 상태로 존재할 수 있도록 설계하였다. 제안한 공정에서, 공기는 LNG와의 열교환 이후 추가적인 질소 냉매 사이클과의 열교환을 통해 과냉된다. LNG 운반선의 최대 용량만큼 액화 공기를 생산할 때 운송비용 측면에서 가장 경제적일 수 있으며, 천연가스 액화공정에서 활용할 수 있는 냉열이 많아지게 된다. 이를 비교하기 위하여, 동일한 1 kg/s의 LNG 공급 조건 하에서 기존 공정을 이용한 Base case와 제안공정 내 유입 공기 유량을 각각 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s으로 하는 Case1, Case2, Case3를 구성하고 열역학적 및 경제적 측면에서 분석하였다. 액화 공기 생산량이 많을수록 1kg의 생산량 당 더 많은 에너지가 요구되는 경향을 보였으며 Case3는 Base case 대비 0.18 kWh 높게 나타났다. 그 결과 Case3의 액화 공기 1 kg 당 생산 비용이 $0.0172 더 높게 나타났다. 그러나 액화 공기의 생산량이 증가함에 따라 1 kg 당 운송 비용이 $0.0395 감소하여 전체 비용 측면에서 Case3는 Base case에 비해 1 kg 당 $0.0223 적은 비용으로 액화 공기를 생산 및 운송할 수 있음을 확인하였다.
In the context of the structural performance of an LNG hold, the mechanical characteristics of the insulation material are considered to be a critical design factor under cryogenic temperatures. This paper presents the thermal elasto-plastic behavior of the reinforced polyurethane foam (RPUF) adapted for the insulation material of a membrane-type LNG carrier via both experiments and numerical simulations realizing the cryogenic condition. The experiments are carried out to investigate the thermal transfer and thermal elasto-plastic deformation characteristics of an actual RPUF specimen. The heat transfer simulations based on the finite element method (FEM) include a forced convection analysis. The results of heat transfer analyses are compared with the experimental results. Reasonable cryogenic conditions for RPUF are reviewed based on both the analysis and experimental results.
The present study is concerned with the numerical analysis of the sloshing impact pressure of the Liquefied Natural Gas (LNG) carriers in rough sea. The reliable predictions of the both random tank motions in irregular waves and violent fluid flow in the LNG tanks are required for practical sloshing analysis procedure of LNG carriers. The three-dimensional numerical model adopting SOLA-VOF scheme is used to predict violent free surface movements of LNG tank in irregular motions. For accurate input motion of tank, a three-dimensional panel method program called SSMP (Samsung Ship Motion Program) is applied for seakeeping analysis. Comparison studies of sloshing analysis are carried out for No.2 tank of 138K and 205K LNG carriers to verify the safety of the LNG containment system of the proposed 205K large LNG carrier.
본 논문에서는 설계자에게 보다 많은 정보를 제공할 수 있는 다목적함수 최적화방법을 이용하여 선박의 주요치수를 최적화하였다. 최적화에서 운항비와 건조비가 경제성에 미치는 영향을 보다 상세히 분석하기 위하여, 건조비와 운항비를 각각의 목적함수로 하여 다목적함수 최적화를 수행하였고, RFR은 종속함수로 계산하여 변화경향을 분석하였다. 최적화를 위한 설계모델로는 운항거리가 비교적 긴 항로에 대하여, 선속이 빠르며 다른 선종에 비하여 건조비가 높은 액화천연가스 운반선을 대상으로 하였다.
This study is concerned with the thermal analysis during the cool-down period of 135,000㎥ class GT-96 membrane type LNG carrier under IMO and USCG design condition. During the cool-down period, the spraying rate for the NG cooling decreases as the temperature of NG falls down from -4$0^{\circ}C$ to -l3$0^{\circ}C$, and the spraying rate for the cooling of the insulation wall increases as the temperature gradient of the insulation wall is large. It was confirmed that there existed the largest temperature decrease at the first barrier and the first insulation, which are among the insulation wall, especially in the top side of the insulation wall under IMO and USCG design condition. Also, as the NG temperature distribution is fixed, the outer temperature condition under the design condition has influence on the temperature variation at the insulation. By the 3-D numerical calculation about the cargo tank and the cofferdam during the cool-down period, the temperature variation in hulls and insulations is precisely predicted under IMO and USCG design condition. From the comparison between two conditions; IMO design condition shows more severe temperature gradient than USCG design condition, therefore, it provides the conservative estimation of the BOG.
This study is concerned with the thermal analysis during the cool-down period of 135,000 $m^3$ class GT-96 membrane type LNG carrier under IMO design condition. The cool-down is performed to cool the insulation wall and the natural gas in cargo tank for six hours to avoid the thermal shock at the start of loading of $-163^{\circ}C$ LNG. During the cool-down period, the spraying rate for the NG cooling decreases as the temperature of NG falls clown from $-40^{\circ}C$ to $-130^{\circ}C$ and the spraying rate for the insulation wall cooling increases as the temperature gradient of the insulation wall is large. It was confirmed that there existed the largest temperature decrease at the 1 st barrier and 1st insulation, which are among the insulation wall, especially in the top side of the insulation wall. By the 3-D numerical calculation about the cargo tank and the cofferdam during the cool-down period, the temperature variation in hulls and insulations is precisely predicted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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