In past major earthquakes (1994 Northridge, 1995 Kobe, Chi-Chi 1999, Kocaeli 1999), significant damages occurred in the liquid storage tanks. The basic failure patterns were observed to be the buckling of the tank wall and uplift of the anchorage system. The damages in the industrial facilities and nuclear power plants have caused the spread of toxic substances to the environment and significant fires. Seismic isolation can be used in liquid storage tanks to decouple the structure and decrease the structural demand in the superstructure in case of ground shaking. Previous studies on the use of seismic isolation systems on liquid storage tanks show that an isolation system reduces the impulsive response but might slightly increase the convective one. There is still a lack of understanding of the seismic response of seismically isolated liquid storage tanks considering the fluid-structure interaction. In this study, one broad tank, one medium tank, and one slender tank are selected and designed. Two- and three-dimensional elastomeric bearings are used as seismic isolation systems. The seismic performance of the tanks is then investigated through nonlinear dynamic time-history analyses. The effectiveness of each seismic isolation system on tanks' performance was investigated. Isolator tension forces, modal analysis results, hydrodynamic stresses, strains, sloshing heights and base shear forces of the tanks are compared. The results show that the total base shear is lower in 3D-isolators compared to 2D-isolators. Even though the tank wall stresses, and strains are slightly higher in 3D-isolators, they are more efficient to prevent the tension problem.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.12
no.1
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pp.17-22
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2016
It is very important to obtain a out-of season production in horticultural greenhouses corresponding with higher crop prices. A ground source heat pump system has been highly spotlighed as an energy efficient heating system for the greenhouse. This paper investigated the operating cost of the ground source heat pump system with the variation of generating temperature and designing methods for heating system of the greenhouse. Even though the COP of the ground source heat pump system decreased with an increment of generating temperature in heating mode, the operating cost could be reduced. By adopting the high temperature heat pump system and heat storage tank, it could be achieved to save energy and reduce the operating time of auxiliary oil heating system for producing good plant-growth in the greenhouse.
RMembrane LNG storage tanks have been recently investigated to replace full-containment LNG storage tanks because of safety and cost aspects. Quantitative Risk Analysis (QRA) and Finite Element Method (FEM) were used to evaluate safety of membrane LNG storage tanks. In this study, structural safety evaluation results via FEM analysis showed that both membrane type and full-containment type cryogenic LNG storage tanks with 140,000 $m^3$ capacity were equivalently safe in terms of strength safety and leakage safety of a storage tank system. Also, Fault Tree Analysis (FTA) was used to improve the safety of membrane LNG storage tanks and membrane LNG tanks were modified by adding three safety equipments: impact absorber structure for the low part of the membrane, the secondary barrier to diminish the thermal stress of the corner part of the outer tank, and a pump catcher in case of falling of a pump. Consequently, the safety of the modified membrane LNG storage tanks were proved to be equivalent to that of full-containment LNG storage tanks.
Park, Jung-Wook;Ryu, Dongwoo;Park, Dohyun;Choi, Byung-Hee;Synn, Joong-Ho;Sunwoo, Choon
Tunnel and Underground Space
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v.23
no.5
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pp.442-453
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2013
A large-scale high-temperature thermal energy storage(TES) was numerically modeled and the heat loss through storage tank walls was analyzed using a commercial code, FLAC3D. The operations of rock cavern type and above-ground type thermal energy storages with identical operating condition were simulated for a period of five consecutive years, in which it was assumed that the dominant heat transfer mechanism would be conduction in massive rock for the former and convection in the atmosphere for the latter. The variation of storage temperature resulting from periodic charging and discharging of thermal energy was considered in each simulation, and the effect of insulation thickness on the characteristics of heat loss was also examined. A comparison of the simulation results of different storage models presented that the heat loss rate of above-ground type TES was maintained constant over the operation period, while that of rock cavern type TES decreased rapidly in the early operation stage and tended to converge towards a certain value. The decrease in heat loss rate of rock cavern type TES can be attributed to the reduction in heat flux through storage tank walls followed by increase in surrounding rock mass temperature. The amount of cumulative heat loss from rock cavern type TES over a period of five-year operation was 72.7% of that from above-ground type TES. The heat loss rate of rock cavern type obtained in long-period operation showed less sensitive variations to insulation thickness than that of above-ground type TES.
Domestic solar hot water system can be divided into a passive type and an active type. In a passive type the storage tank is horizontally mounted immediately above the solar collectors. No pumping is required as the hot water naturally rises into the storage tank from the collectors through thermo-siphon flow. While, in an active type the storage tank is ground- or floor-mounted and is below the level of the collectors; a circulating pump moves water or heat transfer fluid between the storage tank and the collectors. We installed two types solar hot water systems consisting of the same storage tank and collectors at the same place, and were measured and compared typical operating characteristics under the same external conditions. In particular, the daily system performance was presented through the stirring test after the sunset. The results show that the amount of solar radiation obtained for an active type were less than a passive type on a cloudy day, because the operation of the circulation pump stops frequently took place on that day. However, on a sunny day, depending on the stable operation of the circulation pump, the amount of solar radiation obtained for an active type were increased than a passive type.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.04a
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pp.275-283
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1999
To predict the dynamic behavior of the cylindrical liquid storage tank subjected to seismic ground motion three dimesional analysis with liquid-structure interaction must be performed, In this study a three dimensional dynamic analysis method over the frequency domain using FE-BE coupling technique which combines the efficiency of the boundary elements for liquid with the versatility of the finite shell elements for tank. The liquid region is modeled using boundary elements which can counter the sloshing effect at free surface and the structure region the tank itself is modeled using the degenerated finite shell elements. At the beginning of the procedure the equivalent mass matrix of the liquid is generated by boundary elements procedure. Then this equivalent mass matrix is combined with the mass matrix of the structure to produce the global mass matrix in the equation of the motion of fluid-structure interaction problem In order to demonstrate the accuracy and validity of the developed method the numerical results re compared with the previous studies. Finally the effects of the fluid-structure interaction on the natural frequency and dynamic response of the system are analyzed.
This paper presents a new seismic isolation design for liquid storage tank (LST). The seismic isolation system includes: LST, flexible membrane, sand mat and rolling seismic isolation devices. Based on the mechanical equilibrium theory, the symmetric concave rolling restoring force model of the isolation device is derived. Based on the elasticity theory and restoring force model of the seismic isolation, a simplified mechanical model of LST with the new seismic isolation is established. The rationality of the seismic isolation design of LST is explored. Meanwhile, the seismic response of the new seismic isolation LST is investigated by numerical simulation. The results show that the new seismic isolation tank can effectively reduce the seismic response, especially the control of base shear and overturning moment, which greatly reduces the risk of seismic damage. The seismic reduction rate of the new seismic isolation storage tanks in Class I, II, and III sites is better than that in Class IV sites. Moreover, the seismic isolation device can effectively control the ground vibration response of storage tanks with different liquid heights. The new seismic isolation LST design provides better isolation for slender LSTs than for broad LSTs.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.99-106
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1999
In this study a base-isolated liquid storage tank subjected to seismic ground motion is numerically simulated on frequency , domain considering three-dimensional liquid-structure-soil interaction. A hybrid formulation which combines the versatility of finite elements for tank structure and the efficiency of boundary elements for liquid and soil region is adopted for efficient modeling. The base-isolation system using the effective stiffness and damping ratio is also included in this formulation. in order to demonstrate the accuracy and validity of the developed solution the numerical results were compared with the reference solutions in each interaction problem. The effects of the liquid filling ratio and the stiffness of base-isolation system on the behavior of the liquid storage tanks are analyzed.
This paper presents a method of seismic analysis for a cylindrical liquid storage structure considering the effects of the interior fluid and exterior soil medium in the frequency domain. The horizontal and rocking motions of the structure are included in this study. The fluid motion is expressed in terms of analytical velocity potential functions, which can be obtained by solving the boundary value problem including the deformed configuration of the structure as well as the sloshing behavior of the fluid. The effect of the fluid is included in the equation of motion as the impulsive added mass and the frequency-dependent convective added mass along the nodes on the wetted boundary of the structure. The structure and the near-field soil medium are represented using the axisymmetric finite elements, while the far-field soil is modeled using dynamic infinite elements. The present method can be applied to the structure embedded in ground as well as on ground, since it models both the soil medium and the structure directly. For the purpose of verification, earthquake response analyses are performed on several cases of liquid tanks on a rigid ground and on a homogeneous elastic half-space. Comparison of the present results with those by other methods shows good agreement. Finally, an application example of a reinforced concrete tank on a horizontally layered soil with a rigid bedrock is presented to demonstrate the importance of the soil-structure interaction effects in the seismic analysis for large liquid storage tanks.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.6
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pp.976-981
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1986
The Stress analysis based on the large deflection theory of plate for the large cylindrical storage tank is performed by considering the change of membrane force for the various parameter, i.e., thickness ratio, tank height to diameter ratio, and stretched length. The critical buckling force of cylindrical shell is obtained to investigate the safety of tank shell. By numerical result, the thickness ratio is the important parameter for the membrane force, the height of tank is related linearly with the force, and the stretched length of bottom plate is little influenced. Also, the critical buckling force of cylindrical shell is large than the edge shear force at bottom-shell junction, and hence the consideration of the shell buckling is not required.
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