[학위논문]액체수소 배관의 다상-열 유동 해석 및 FSI 효과를 고려한 액체수소 배관의 구조 건전성 평가 Multiphase-Thermal Flow Analysis in Liquid Hydrogen Piping and Structural Integrity Evaluation Considering FSI Effect원문보기
전 세계적으로 다양한 환경 규제 및 탄소 중립화 정책으로 인해 유해 물질이 전혀 배출되지 않는 친환경 에너지 수소가 주목을 받으면서 조선산업에서도 수소선박에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수소는 운송 효율의 극대화를 위해 극저온의 액체 상태로 유지되며, 약 -253의 극저온 상태인 액체수소는 주변 열로 인해 온도 변화와 그로 인한 비등(Boiling)이 발생하기 쉽기때문에 단열을 고려한 액체수소 배관의 ...
전 세계적으로 다양한 환경 규제 및 탄소 중립화 정책으로 인해 유해 물질이 전혀 배출되지 않는 친환경 에너지 수소가 주목을 받으면서 조선산업에서도 수소선박에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수소는 운송 효율의 극대화를 위해 극저온의 액체 상태로 유지되며, 약 -253의 극저온 상태인 액체수소는 주변 열로 인해 온도 변화와 그로 인한 비등(Boiling)이 발생하기 쉽기때문에 단열을 고려한 액체수소 배관의 열전달에 관한 연구가 필요하다. 기존의 극저온 배관과 관련된 설계규정은 ASME Code 및 각국 선급에서 제시하고 있는 저인화점연료선박(Low-flashpoint fuel ship) 지침에 명시되어있으나 이를 실제 수소선박 배관에 적용 가능한지 여부와 그 유효성을 검토해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 수소운송선박 적하역 시스템(Cargo Handling System, CHS) 및 수소추진선박 연료공급시스템(Fuel Gas Supply System, FGSS)에 단열재를 포함한 액체수소 배관 내 다상-열 유동에 관하여 상변화 모델을 적용하여 비등 현상 또한 고려하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 다상-열 유동 해석은 상용 CFD 해석 프로그램인 STAR-CCM+(ver.16.04.007)을 사용하였으며, Reynolds-averaged Navier-Stokes(RaNS) 기반의 SST k-w 난류 모델과 상변화 모델인 벽면 비등모델을 적용하였다. 상변화 모델을 적용하기 위해 검증 시뮬레이션으로 부동액을 이용한 관 내 비등 현상 실험(Robinson, 2001) 중 일부 케이스와의 비교를 수행하였으며 CHS 및 FGSS에서 사용되는 다양한 단열재를 포함한 수평 배관 내 다상-열 유동의 모델링 및 시뮬레이션을 수행하여 설계 변수에 따른 열적 특성 및 단열재 조합에 따른 단열 성능을 평가하였다.
전 세계적으로 다양한 환경 규제 및 탄소 중립화 정책으로 인해 유해 물질이 전혀 배출되지 않는 친환경 에너지 수소가 주목을 받으면서 조선산업에서도 수소선박에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수소는 운송 효율의 극대화를 위해 극저온의 액체 상태로 유지되며, 약 -253의 극저온 상태인 액체수소는 주변 열로 인해 온도 변화와 그로 인한 비등(Boiling)이 발생하기 쉽기때문에 단열을 고려한 액체수소 배관의 열전달에 관한 연구가 필요하다. 기존의 극저온 배관과 관련된 설계규정은 ASME Code 및 각국 선급에서 제시하고 있는 저인화점연료선박(Low-flashpoint fuel ship) 지침에 명시되어있으나 이를 실제 수소선박 배관에 적용 가능한지 여부와 그 유효성을 검토해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 수소운송선박 적하역 시스템(Cargo Handling System, CHS) 및 수소추진선박 연료공급시스템(Fuel Gas Supply System, FGSS)에 단열재를 포함한 액체수소 배관 내 다상-열 유동에 관하여 상변화 모델을 적용하여 비등 현상 또한 고려하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 다상-열 유동 해석은 상용 CFD 해석 프로그램인 STAR-CCM+(ver.16.04.007)을 사용하였으며, Reynolds-averaged Navier-Stokes(RaNS) 기반의 SST k-w 난류 모델과 상변화 모델인 벽면 비등모델을 적용하였다. 상변화 모델을 적용하기 위해 검증 시뮬레이션으로 부동액을 이용한 관 내 비등 현상 실험(Robinson, 2001) 중 일부 케이스와의 비교를 수행하였으며 CHS 및 FGSS에서 사용되는 다양한 단열재를 포함한 수평 배관 내 다상-열 유동의 모델링 및 시뮬레이션을 수행하여 설계 변수에 따른 열적 특성 및 단열재 조합에 따른 단열 성능을 평가하였다.
As hydrogen, an eco-friendly energy that does not emit any harmful substances at all, is attracting attention worldwide due to various environmental regulations and carbon neutralization policies, research on hydrogen ships is being actively conducted in the shipbuilding industry. Hydrogen is mainta...
As hydrogen, an eco-friendly energy that does not emit any harmful substances at all, is attracting attention worldwide due to various environmental regulations and carbon neutralization policies, research on hydrogen ships is being actively conducted in the shipbuilding industry. Hydrogen is maintained in a cryogenic liquid state to maximize transport efficiency, and liquid hydrogen, which is in a cryogenic state of about -253, is prone to temperature change and boiling due to ambient heat. Studies on heat transfer are needed. The design regulations related to the existing cryogenic piping are specified in the ASME Code and the guidelines for low-flashpoint fuel ships presented by the classification of each country. . Therefore, in this study, a phase change model for multi-phase heat flow in liquid hydrogen piping including insulation in the Hydrogen Cargo Handling System (CHS) and the Fuel Gas Supply System (FGSS) Numerical simulations were performed considering the boiling phenomenon by applying For multiphase-thermal flow analysis, STAR-CCM+ (ver.16.04.007), a commercial CFD analysis program, was used, and the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RaNS) based SST k-w turbulence model and the phase change model, Wall boiling model, were applied. did. In order to apply the phase change model, a comparison with some cases of Robinson's experiment was performed as a verification simulation. Modeling and simulation of multi-phase-thermal flow in horizontal piping including various insulation materials used in CHS and FGSS was performed to perform thermal flow according to design variables. Insulation performance was evaluated according to characteristics and combinations of insulation materials.
As hydrogen, an eco-friendly energy that does not emit any harmful substances at all, is attracting attention worldwide due to various environmental regulations and carbon neutralization policies, research on hydrogen ships is being actively conducted in the shipbuilding industry. Hydrogen is maintained in a cryogenic liquid state to maximize transport efficiency, and liquid hydrogen, which is in a cryogenic state of about -253, is prone to temperature change and boiling due to ambient heat. Studies on heat transfer are needed. The design regulations related to the existing cryogenic piping are specified in the ASME Code and the guidelines for low-flashpoint fuel ships presented by the classification of each country. . Therefore, in this study, a phase change model for multi-phase heat flow in liquid hydrogen piping including insulation in the Hydrogen Cargo Handling System (CHS) and the Fuel Gas Supply System (FGSS) Numerical simulations were performed considering the boiling phenomenon by applying For multiphase-thermal flow analysis, STAR-CCM+ (ver.16.04.007), a commercial CFD analysis program, was used, and the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RaNS) based SST k-w turbulence model and the phase change model, Wall boiling model, were applied. did. In order to apply the phase change model, a comparison with some cases of Robinson's experiment was performed as a verification simulation. Modeling and simulation of multi-phase-thermal flow in horizontal piping including various insulation materials used in CHS and FGSS was performed to perform thermal flow according to design variables. Insulation performance was evaluated according to characteristics and combinations of insulation materials.
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