KR101584563B1 - Method for calculating lng boil off rate in cargo system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LNG 운반선 내의 LNG를 저장하는 화물창 내에서의 LNG 자연 기화율(BOR, boil off rate)을 계산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 화물창 내의 LNG BOR을 계산하는 방법에 있어서, 상기 화물창의 횡단면과 상기 횡단면의 주변부를 유한 요소법을 이용하여 모델링하여 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계; 상기 화물창의 종단면과 상기 종단면의 주변부를 유한 요소법을 이용하여 모델링하여 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계; 상기 횡단면에 대한 유입 열량 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 이용하여 상기 화물창에 유입된 총 유입 열량을 계산하는 단계; 및 상기 총 유입 열량을 이용하여 BOR을 계산하는 단계를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법이 제공된다.The present invention relates to a method for calculating the LNG natural boiling off rate (BOR) in a cargo hold storing LNG in an LNG carrier. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of calculating LNG BOR in a cargo hold, the method comprising the steps of: modeling a transverse section of the cargo hold and a periphery of the transverse section using a finite element method to calculate an inflow heat amount for the transverse section; Modeling the longitudinal section of the cargo hold and the periphery of the longitudinal section using a finite element method to calculate an incoming heat quantity for the longitudinal section; Calculating a total amount of heat input into the cargo hold by using the amount of heat input to the cross-section and the amount of heat input to the longitudinal section; And calculating the BOR using the total calorific value of the input LNG BOR.
Description
본 발명은 LNG 운반선에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 운반선 내의 LNG를 저장하는 화물창 내에서의 LNG 자연 기화율(BOR, boil off rate)을 계산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an LNG carrier, and more particularly, to a method for calculating the LNG natural rate of vaporization (BOR) in a cargo hold storing LNG in an LNG carrier.
일반적으로, 천연가스(NG, Natural Gas)는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된 후, LNG 부유식 저장 및 재기화 장치(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 또는 육상의 하역 터미널을 거치면서 재기화되어 소비처로 공급된다.Generally, natural gas (NG) is made in the state of liquefied natural gas (LNG) that is liquefied at the cryogenic temperature in the place of production, is transported to the destination by a LNG carrier over a long distance, (FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) or overland terminal, and supplied to the consumer.
또는, LNG 재기화선(RV, LNG Regasification Vessel)에 의해 LNG가 수송되는 경우에는, LNG가 LNG 부유식 저장 및 재기화 장치 또는 육상의 하역 터미널을 거치지 않고도 LNG 재기화선 자체에서 재기화되어 소비처로 직접 공급된다.Alternatively, where LNG is transported by LNG Regasification Vessel, LNG is regenerated from the LNG regasification line itself without going through LNG floating storage and regasification units or offshore terminals, .
천연가스의 액화 온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 화물창은 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 화물창 내에서 지속적으로 기화되어 화물창 내에 증발 가스(Boil-Off Gas)가 발생한다. Since the liquefaction temperature of natural gas is a cryogenic temperature of about -163 ° C at normal pressure, LNG is evaporated even if its temperature is slightly higher than -163 ° C at normal pressure. For example, in the case of a conventional LNG carrier, the hold of the LNG carrier is heat-treated, but external heat is continuously transferred to the LNG. Therefore, during transport of the LNG by the LNG carrier, (Boil-off gas) is generated in the cargo hold.
이때, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 화물창 내에서 기화되어 자연 증발하는 LNG의 비율을 자연 기화율(BOR, boil off rate)이라 한다. 그런데, 최근에는 LNG 운반선의 경제성 확보를 위한 저속 운전와 스팟 마켓(Spot Market)의 성장으로 인해 오랜 기간 동안 LNG를 저장해야 하는 경우가 증가함에 따라 BOR 저감이 더 중요해지고 있다. 그런데, BOR 저감을 위해 효율적인 화물창 단열 시스템 설계를 위해서는 정확하게 LNG의 BOR을 계산하는 것이 필요하고, BOR을 계산하기 위해서는 화물창 내부로 유입되는 열량을 정확하게 계산하는 것이 중요하다. At this time, the ratio of LNG that LNG is vaporized in the cargo hold during the transportation of LNG by the LNG carrier and spontaneously evaporates is referred to as the natural vaporization rate (BOR). However, in recent years, BOR reduction has become more important as LNG carriers are required to store LNG for a long time due to low-speed operation and spot market growth for economical efficiency of LNG carriers. In order to reduce the BOR, it is necessary to accurately calculate the BOR of the LNG in order to design an efficient cargo hold insulation system. In order to calculate the BOR, it is important to accurately calculate the amount of heat input into the cargo hold.
종래 기술에 따르면, 화물창의 열전달계산을 위해 미리 일반적인 LNG 운반선과 같이 고정된 형상을 주고 치수와 물성치를 입력하여 유입 열량을 계산하였다. 따라서, 다양한 형상에 대해 고정된 형상이 미리 준비되어 있어야 하고, 고정된 형상에서는 선박이 잠기는 흘수 변화나 화물창의 부분 적재 등을 고려하는 것이 매우 제한적이라는 문제점이 있었다. According to the prior art, the amount of heat input was calculated by inputting dimensions and physical property values to a fixed shape like a general LNG carrier beforehand in order to calculate the heat transfer of the cargo hold. Therefore, a fixed shape must be prepared for various shapes in advance, and in a fixed shape, there is a problem that it is very limited to consider a change in the draft of the ship and partial loading of the cargo hold.
본 발명의 목적은 임의의 형상의 화물창에 대해 손쉽게 유입 열량 및 LNG BOR을 구할 수 있고, 선박의 흘수 변화나 화물창에 LNG를 부분적으로 적재한 경우에도 유입 열량 및 LNG BOR을 손쉽게 구할 수 있는 화물창 내의 LNG BOR을 계산하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a liquefied natural gas (LNG) BOR capable of easily obtaining an amount of heat input and LNG BOR for a cargo hold having an arbitrary shape and capable of easily obtaining the amount of incoming calories and LNG BOR even when the ship is at a draft or partially loaded with LNG And to provide a method for calculating LNG BOR.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화물창 내의 LNG 자연 기화율(BOR, boil off rate)을 계산하는 방법에 있어서, 상기 화물창의 횡단면과 상기 횡단면의 주변부를 유한 요소법을 이용하여 모델링하여 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계; 상기 화물창의 종단면과 상기 종단면의 주변부를 유한 요소법을 이용하여 모델링하여 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계; 상기 횡단면에 대한 유입 열량 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 이용하여 상기 화물창에 유입된 총 유입 열량을 계산하는 단계; 및 상기 총 유입 열량을 이용하여 BOR을 계산하는 단계를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of calculating an LNG natural vaporization rate (BOR) in a cargo hold, the method comprising the steps of: measuring a transverse section of the cargo hold and a periphery of the transverse section using a finite element method Modeling and calculating the calorific value for the cross-section; Modeling the longitudinal section of the cargo hold and the periphery of the longitudinal section using a finite element method to calculate an incoming heat quantity for the longitudinal section; Calculating a total amount of heat input into the cargo hold by using the amount of heat input to the cross-section and the amount of heat input to the longitudinal section; And calculating the BOR using the total calorific value of the input LNG BOR.
특히, 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 각각은 상기 화물창 및 선체를 구성하는 판들 각각은 선요소로 모델링하는 단계; 및 상기 판들에 의해 구분되는 공간은 면요소로 모델링하는 단계를 포함할 수 있다. In particular, the step of calculating the amount of heat input to the transverse section and the step of calculating the amount of heat input to the longitudinal section may be performed by modeling each of the plates constituting the cargo hold and the hull with a line element. And the space defined by the plates may be modeled as surface elements.
또한, 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 각각은 상기 화물창 및 선체를 구성하는 판들에 부착되어 있는 보강재를 핀요소로 모델링하는 단계를 더 포함할 수 있다. Further, each of the steps of calculating the amount of heat input to the transverse section and calculating the amount of heat input to the longitudinal section may further include modeling the stiffener attached to the plates constituting the cargo hold and the hull as pin elements have.
또한, 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 각각은 상기 선요소에 대한 물성치 및 상기 면요소에 대한 물성치를 입력받는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of calculating the amount of heat input to the transverse section and the step of calculating the amount of heat input to the longitudinal section may further include inputting the physical property values of the line elements and the physical property values of the surface elements.
또한, 상기 선요소에 대한 물성치는 상기 선요소로 모델링된 판의 두께 및 열전도 계수를 포함할 수 있다. In addition, the physical property of the line element may include the thickness and thermal conductivity coefficient of the plate modeled by the line element.
또한, 상기 면요소에 대한 물성치는 상기 면으로 모델링된 공간에 존재하는 물질의 대류 계수를 포함할 수 있다. In addition, the physical property for the surface element may include a convection coefficient of a material present in the space modeled by the surface.
또한, 상기 대류 계수는 상기 모델링된 공간에 접하는 판에 부착된 보강재를 고려하여 결정될 수 있다. In addition, the convection coefficient may be determined in consideration of the stiffener attached to the plate that is in contact with the modeled space.
또한, 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 선요소에 대한 물성치 및 상기 면요소에 대한 물성치를 이용하여 상기 횡단면에 대해서 온도에 대한 제1 행렬식을 구성하는 단계를 더 포함하고, 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 선요소에 대한 물성치 및 상기 면요소에 대한 물성치를 이용하여 상기 종단면에 대해서 온도에 대한 제2 행렬식을 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The step of calculating the calorific value for the transverse section may further comprise the step of constructing a first determinant for temperature with respect to the transverse section using the physical property of the element and the physical property of the element, May further comprise constructing a second determinant for temperature with respect to the longitudinal section by using physical property values of the line element and physical property values of the surface element.
또한, 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 제1 행렬식을 이용하여 상기 횡단면의 온도 분포 및 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 제2 행렬식을 이용하여 상기 종단면의 온도 분포 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. The calculating of the calorific value for the cross section may further comprise calculating the calorific value of the cross section and the calorific value of the cross section using the first determinant, Step may further include calculating the temperature distribution of the longitudinal section and the calorific value of the longitudinal section using the second determinant.
또한, 상기 총 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 상기 화물창의 길이에 대해 합산하여 구한 제1 값과 상기 종단면에 대한 유입 열량을 상기 화물창의 폭에 대해 합산하여 구한 제2 값을 합산하여 상기 총 유입 열량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. The calculation of the total amount of heat input may include calculating a second value obtained by summing a first value obtained by summing the amount of heat input to the transverse section with respect to the length of the cargo hold and an amount of heat input to the longitudinal section with respect to the width of the cargo hold, And calculating the total amount of heat input.
또한, 상기 BOR을 계산하는 단계는 상기 총 유입 열량과 상기 화물창의 부피를 이용하여 상기 BOR을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. The calculation of the BOR may include calculating the BOR using the total calorific value and the volume of the cargo hold.
본 발명의 실시예에 따르면, 화물창의 단면과 주변부를 유한 요소법을 이용하여 모델링함으로써 임의의 형상의 화물창에 대해 손쉽게 유입 열량 및 LNG BOR을 구할 수 있고, 선박의 흘수 변화나 화물창에 화물을 부분적으로 적재한 경우에도 유입 열량 및 LNG BOR을 손쉽게 구할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by modeling the cross section and the peripheral portion of the cargo hold by using the finite element method, it is possible to easily obtain the incoming calorific value and the LNG BOR for a cargo hold having an arbitrary shape, Even when loaded, the incoming calorie and LNG BOR can be easily obtained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화물창 내의 LNG BOR을 계산하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 화물창을 나타낸 사시도이다.
도 3은 화물창의 횡단면과 종단면을 도시한 것이다.
도 4는 화물창 일부분의 단면을 유한요소법으로 모델링하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 화물창을 유한 요소법으로 모델링할 때 사용되는 요소들을 나타낸 도면이다.
도 6은 화물창 단면의 단위 요소에서의 열전달을 나타낸 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of calculating an LNG BOR in a cargo hold according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a cargo hold.
Figure 3 shows a cross section and a longitudinal section of the cargo hold.
4 is a view showing a model of a section of a cargo hold by a finite element method.
5 is a view showing the elements used when the cargo hold is modeled by the finite element method.
6 is a view showing the heat transfer in the unit element of the cargo hold section.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 실시예에 따른 화물창 내의 LNG 자연 기화율(BOR, boil off rate)을 계산하는 방법을 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화물창 내의 LNG BOR을 계산하는 방법을 나타낸 흐름도이다. A method for calculating the LNG natural rate of vaporization (BOR) in a cargo hold according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a flowchart illustrating a method of calculating an LNG BOR in a cargo hold according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 화물창의 횡단면 및 종단면 각각을 유한 요소로 모델링하여, 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하여 길이에 대해 합산하고, 종단면에 대한 유입 열량을 계산하여 폭에 대해 합산한다. 그리고, 두 값을 합하여 화물창으로 유입된 총 유입 열량을 계산하고 이를 이용하여 BOR을 계산한다. As shown in Fig. 1, in the embodiment of the present invention, each of the transverse section and the longitudinal section of the cargo hold is modeled as a finite element, the inflow heat amount for the cross section is calculated, and the sum of the inflow heat amount for the longitudinal section is calculated, Lt; / RTI > Then, the two values are added together to calculate the total incoming calorific value flowing into the cargo hold, and the BOR is calculated using this.
먼저, 화물창의 횡단면과 주변부, 및 종단면과 주변부를 유한 요소법을 이용하여 모델링하는 방법을 살펴본다. S110 및 S111 단계에서 화물창의 횡단면과 주변부, 및 종단면 및 주변부를 유한요소로 모델링한다(S110, S111).First, the method of modeling the cross section and the peripheral part of the cargo hold, and the longitudinal section and the peripheral part using the finite element method will be described. In steps S110 and S111, the transverse section and the peripheral section of the cargo hold, and the longitudinal section and the peripheral section are modeled as finite elements (S110, S111).
도 2는 화물창을 나타낸 사시도이고, 도 3은 화물창의 횡단면과 종단면을 도시한 것이다. Fig. 2 is a perspective view showing the cargo hold, and Fig. 3 is a cross-sectional view and a longitudinal section of the cargo hold.
도 2 및 3을 보면, 화물창(240)은 선체내판(210)에 의해 둘러싸여 있고, 선체내판(210)은 선체외판(220)에 의해 둘러싸여 있다. 화물창(240)은 선체내판(210)에 의해 지지되고 있다. 그리고, 선체내판(210)과 선체외판(220)은 일정 공간을 두고 떨어져 있다. 그리고, 선체내판(210)의 표면과 선체외판(220)의 표면에는 선체내판(210)과 선체외판(220) 사이의 공간을 향해 보강재(230)들이 설치된다. 그리고, 선박이 물에 잠겨 있는 정도에 따라 선체외판(220)의 윗부분은 공기와 접하게 되고, 아랫부분은 물과 접하게 된다. 2 and 3, the cargo hold 240 is surrounded by the
즉, 화물창과 그 주변부는 화물창 또는 선체의 구조를 형성하고 있는 판, 그 판들에 의해 구분되는 공간, 및 판에 부착된 보강재로 이루어져 있다. 따라서, 화물창의 단면을 유한요소법을 이용하여 모델링하려면, 판은 선요소로 모델링하고, 공간은 면요소로 모델링하고, 보강재는 핀요소로 모델링한다. That is, the cargo hold and its periphery are composed of a plate forming the structure of the cargo hold or hull, a space defined by the plates, and a stiffener attached to the plate. Therefore, to model the section of a cargo hold using the finite element method, the plate is modeled as a line element, the space is modeled as a surface element, and the stiffener is modeled as a fin element.
도 4는 화물창 일부분의 단면을 유한요소법으로 모델링하는 것을 나타낸 도면이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 화물창 또는 선체의 구조물인 판은 선요소로 모델링하고, 판들에 의해 구분되는 공간은 면요소로 모델링하고, 판에 부착되어 있는 보강재는 핀요소로 모델링한다. 4 is a view showing a model of a section of a cargo hold by a finite element method. That is, as shown in FIG. 4, a plate as a structure of a cargo hold or a hull is modeled as a line element, a space defined by the plates is modeled as a surface element, and a stiffener attached to the plate is modeled as a fin element.
도 5는 화물창을 유한 요소법으로 모델링할 때 사용되는 요소들을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 선요소는 두 개의 절점을 갖는 요소로 정의되고, 물성치로는 두 절점 사이의 거리로 계산되는 길이, 판의 두께 그리고 판의 열전도 계수를 갖는다. 그리고, 판의 양 표면에서의 온도(T1, T2)를 입출력 값으로 갖는다. 5 is a view showing the elements used when the cargo hold is modeled by the finite element method. As shown in Fig. 5, the line element is defined as an element having two nodes, and the physical property includes a length calculated as a distance between two nodes, a thickness of the plate, and a coefficient of thermal conductivity of the plate. Then, the temperature (T 1 , T 2 ) on both surfaces of the plate is taken as an input / output value.
면요소는 세 개 이상의 유한 개수의 절점을 갖는 다각형 요소로 정의되고, 물성치로는 공간에 존재하는 기체나 액체의 대류 계수를 갖는다. 그리고, 공간의 하나의 온도(T0)를 입출력 값으로 갖는다. A surface element is defined as a polygon element with three or more finite number of nodes, and the physical property is the convection coefficient of the gas or liquid present in the space. Then, one temperature (T 0 ) of the space is taken as an input / output value.
그리고, 핀요소는 선요소의 물성치의 하나로 정의될 수 있다. 화물창의 단면을 모델링할 때, 핀요소는 보강재들의 형상을 입력받아 보강재가 부착된 판에 접하는 공간의 대류계수에 영향을 주도록 구현될 수 있다.The fin element can be defined as one of the property values of the line element. When modeling the section of the cargo hold, the fin element may be implemented to influence the convection coefficient of the space in contact with the plate to which the stiffener is attached, receiving the shape of the stiffeners.
화물창의 주변부인 공기와 해수는 공간으로 처리하여 면으로 모델링하여 온도로써 경계 조건을 주게 된다. Air and seawater, which are the marginal parts of the cargo hold, are treated as a space and modeled as a surface to give a boundary condition as temperature.
그리고, 3차원인 화물창을 2 차원인 단면으로 모델링하여 화물창의 유입열량을 계산하기 위해서는 화물창의 횡단면과 종단면 각각에 대해 모델링을 하여, 각각 유입열량을 구해 합산해야 한다. 따라서, S110 단계에서는 화물창의 횡단면과 주변부를 유한 요소로 모델링하고, S111 단계에서는 화물창의 종단면과 주변부를 유한 요소로 모델링한다. In order to calculate the calorific value of the cargo hold by modeling the three-dimensional cargo hold with a two-dimensional cross-section, the cross-sectional and longitudinal profiles of the cargo hold should be modeled to obtain the calorific value of each cargo. Accordingly, in step S110, the transverse section and the peripheral part of the cargo hold are modeled by the finite element, and in step S111, the longitudinal section and the peripheral part of the cargo hold are modeled as finite elements.
다음으로, 화물창의 횡단면과 주변부, 및 종단면과 주변부 각각을 모델링한 요소들의 물성치를 입력받는다(S120, S121). 즉, 선으로 모델링된 판에 대해서는 두 절점 사이의 거리로 계산되는 길이, 판의 두께, 및 판의 열전도 계수를 입력받고, 면으로 모델링된 공간에 대해서는 공간에 존재하는 기체나 액체의 대류 계수를 입력받는다. 이때, 위에서 설명한 바와 같이 핀요소로 모델링된 보강재들에 대한 부분은 보강재가 부착된 판에 접하는 공간의 대류계수를 보강재를 고려하여 결정하도록 할 수 있다. Next, the physical properties of the elements modeling the transverse section and the peripheral section of the cargo hold and the longitudinal section and the peripheral section are inputted (S120, S121). That is, for a plate modeled by a line, the length calculated as the distance between two nodes, the thickness of the plate, and the coefficient of thermal conductivity of the plate are input. For the modeled space, the convection coefficient of the gas or liquid existing in the space Receive input. At this time, as described above, the portion for the stiffeners modeled with the fin elements can be determined in consideration of the stiffener in the convection coefficient of the space in contact with the plate to which the stiffener is attached.
그리고, 화물창의 횡단면과 주변부, 및 종단면과 주변부 각각에 대해 온도에 대한 행렬식을 구성한다(S130, S131). Then, a determinant for temperature is constructed for the transverse section and the peripheral section of the cargo hold, and the longitudinal section and the peripheral section, respectively (S130 and S131).
열 전달 계산을 위해서 화물창의 횡단면과 주변부, 및 종단면과 주변부 각각을 도 6과 같은 단위 요소들로 분할할 수 있다. 도 6은 화물창 단면의 단위 요소에서의 열전달을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 단위 요소는 제1 공간, 제2 공간, 및 제1 공간과 제2 공간 사이에 존재하는 판으로 이루어질 수 있다. For heat transfer calculations, the transverse and peripheral sections of the cargo hold, and the longitudinal and transverse sections, respectively, can be divided into unit elements as shown in FIG. 6 is a view showing the heat transfer in the unit element of the cargo hold section. As shown in FIG. 6, the unit element may comprise a first space, a second space, and a plate existing between the first space and the second space.
공간은 하나의 온도를 갖고, 판은 판의 양쪽에 하나씩, 두 개의 온도를 갖으므로, 단위 요소는 총 4 개의 온도를 갖는다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 단위 요소는 제1 공간의 온도(T0), 판의 양쪽 각각의 온도(T1, T2), 제2 공간의 온도(T3)를 갖는다. Since the space has one temperature and the plate has two temperatures, one on each side of the plate, the unit element has a total of four temperatures. That is, as shown in FIG. 6, the unit element has the temperature T 0 of the first space, the temperatures T 1 and T 2 of the both sides of the plate, and the temperature T 3 of the second space.
열전달 이론을 이용하여 4개의 방정식으로 4 개의 온도들의 관계식을 나타낼 수 있다. Using the heat transfer theory, we can express the relation of four temperatures by four equations.
먼저, 단위 요소에서 요소들 간에 각 단계별로 전달되는 열량은 다음과 같이 구해진다.First, the amount of heat transferred in each step between the elements in the unit element is obtained as follows.
온도 T0와 T1 사이에서 대류에 의해 전달된 열량을 q1이라 할때, q1은 수학식 1과 같이 구해진다. The temperatures T 0 and T 1 When the amount of heat transfer by convection between to as q 1, q 1 is obtained as shown in equation (1).
여기서, L은 판의 단면 길이이고, h1은 제1 공간의 대류 계수이고, T0는 제1 공간의 온도, T1는 제1 공간과 접하는 판의 한 면의 온도이다. Here, L is the cross-sectional length of the plate, h 1 is the convection coefficient of the first space, T 0 is the temperature of the first space, and T 1 is the temperature of one surface of the plate in contact with the first space.
그리고, 온도 T1과 T2 사이에서 전도에 의해 전달된 열량을 q2라 할때, q2는 수학식 2과 같이 구해진다. Then, the temperatures T 1 and T 2 When the amount of heat transfer by conduction between q 2 d, q 2 is determined as shown in equation (2).
여기서, L은 판의 단면 길이이고, k는 판의 전도 계수이고, t는 판의 두께이고, T1 및 T2는 각각 판의 양면의 온도이다.Where L is the cross-sectional length of the plate, k is the coefficient of conduction of the plate, t is the thickness of the plate, and T 1 And T 2 are the temperatures of both sides of the plate.
그리고, 온도 T2와 T3 사이에서 대류에 의해 전달된 열량을 q3라 할때, q3는 수학식 3과 같이 구해진다. Then, the temperatures T 2 and T 3 When the amount of heat transfer by convection between the q 3 d, q 3 are obtained as shown in equation (3).
여기서, L은 판의 단면 길이이고, h2는 제2 공간의 대류 계수이고, T2는 제2 공간과 접하는 판의 한 면의 온도이고, T3는 제2 공간의 온도이다. Here, L is the cross-sectional length of the plate, h 2 is the convection coefficient of the second space, T 2 is the temperature of one surface of the plate in contact with the second space, and T 3 is the temperature of the second space.
이때, 제1 공간에서 대류에 의해 전달된 열량(q1)과 판 사이에서 전도에 의해 전달된 열량(q2)은 같으므로, 수학식 4와 같이 표현될 수 있고, 판 사이에서 전도에 의해 전달된 열량(q2)과 제2 공간에서 대류에 의해 전달된 열량(q3)은 같으므로, 수학식 5와 같이 표현될 수 있다. At this time, since the heat quantity q 1 transferred by the convection in the first space and the heat quantity q 2 transmitted by the conduction between the plates are the same, they can be expressed as shown in Equation (4) Since the transmitted heat quantity q 2 and the heat quantity q 3 transferred by convection in the second space are equal to each other,
그리고, 제1 공간에서 유출입된 열량의 총합은 0이므로 수학식 6과 같이 표현할 수 있고, 제2 공간에서 유출입된 열량의 총합은 0이므로 수학식 7과 같이 표현할 수 있다. Since the sum of the amounts of heat flowing in and out of the first space is 0, it can be expressed as Equation (6), and the total sum of the heat flowing in and out of the second space is 0,
여기서, ∑f(Ti)는 제1 공간과 제2 공간 사이의 판을 제외하고 제1 공간이 접하는 판들과 제1 공간 사이에서 유출입된 열량이다. Here, Σf (T i ) is the amount of heat transferred between the first space and the first space, excluding the plate between the first space and the second space.
여기서, ∑f(Tj)는 제1 공간과 제2 공간 사이의 판을 제외한 제2 공간이 접하는 판들과 제2 공간 사이에서 유출입된 열량이다. Here, Σf (T j) is the amount of heat flow between the first space and a second space in contact with the plates and a second space other than the space between the plates.
단위요소에 대해 수학식 4 내지 7을 적용한 후 전체 유한요소모델에 적용하면 복수의 방정식으로 표현되고, 경계 조건에서 주어진 온도를 입력하면 수학식 8과 같은 행렬식으로 표현된다.Equations (4) to (7) are applied to a unit element, and then applied to the entire finite element model to express a plurality of equations. When a given temperature is input in a boundary condition,
여기서, [K]는 요소들의 기하학적 정보 및 열전달 계수들에 의해 정의된 행렬이고, {T}는 온도를 나타내는 행렬이고, {C}는 경계 조건 등에 의해 정해지는 상수 벡터를 나타낸다. Here, [K] is a matrix defined by geometric information and heat transfer coefficients of elements, {T} is a matrix representing temperature, and {C} represents a constant vector defined by boundary conditions and the like.
S130 단계에서 화물창의 횡단면과 주변부에 대해 구성한 온도에 대한 행렬식을 이용하여 온도를 계산하고(S140), S131 단계에서 화물창의 종단면과 주변부에 대해 구성한 온도에 대한 행렬식을 이용하여 온도를 계산한다(S141). In step S140, the temperature is calculated using the determinant of the temperature of the cargo hold and the peripheral part of the cargo hold in step S140. In step S131, the temperature is calculated using the determinant of the temperature of the cargo hold and the peripheral part of the cargo hold ).
이때, 온도의 함수인 열전달 계수를 계산하기 위해 초기 온도를 임의로 설정할 수 있고, 초기 온도를 설정한 후 온도가 수렴할 때(S150, S151)까지 반복 계산을 통하여 수렴되는 온도를 구하여, 화물창의 횡단면과 주변부, 및 종단면과 주변부 각각에 대해 온도 분포 및 화물창의 횡단면 및 종단면에 대한 유입 열량을 계산한다(S160, S161).In this case, the initial temperature can be arbitrarily set in order to calculate the heat transfer coefficient, which is a function of temperature. After the initial temperature is set and the temperature converges (S150, S151) (S160, S161) are calculated for each of the longitudinal section, the peripheral section, and the longitudinal and transverse sections, respectively.
화물창의 횡단면에 대해서 계산된 유입 열량은 화물창의 길이에 대해 합산하고, 화물창의 종단면에 대해서 계산된 유입 열량은 화물창의 폭에 대해 합산하여, 두 값을 더하면 화물창에 유입된 총 유입 열량을 구할 수 있고, 총 유입 열량과 화물창의 부피를 이용하여 BOR을 계산한다(S170).The calculated calorific value for the cargo hold cross section is summed over the length of the cargo hold and the calorific value calculated for the longitudinal section of the cargo hold is summed against the cargo hold width and the two values are added to obtain the total incoming calorific value The BOR is calculated using the total calorific value and the volume of the cargo hold (S170).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
210 : 화물창
220 : 선체
230 : 보강재210: Cargo hold
220: Hull
230: Stiffener
Claims (11)
상기 화물창과 상기 화물창의 주변부의 횡단면을 유한 요소법을 이용하여 모델링하여 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계;
상기 화물창과 상기 화물창의 주변부의 종단면을 유한 요소법을 이용하여 모델링하여 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계;
상기 횡단면에 대한 유입 열량 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 이용하여 상기 화물창에 유입된 총 유입 열량을 계산하는 단계; 및
상기 총 유입 열량을 이용하여 상기 LNG BOR을 계산하는 단계를 포함하되,
상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 각각은
상기 화물창 및 선체를 구성하는 판들 각각을 선요소로 모델링하는 단계; 및
상기 판들에 의해 구분되는 공간을 면요소로 모델링하는 단계를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.In a method for calculating the LNG natural vaporization rate (BOR) in a cargo hold,
Modeling the transverse section of the cargo hold and the perimeter of the cargo hold using a finite element method to calculate an inflow heat amount for the transverse section;
Modeling a longitudinal section of the cargo hold and a peripheral portion of the cargo hold using a finite element method to calculate an inflow heat amount for the longitudinal section;
Calculating a total amount of heat input into the cargo hold by using the amount of heat input to the cross-section and the amount of heat input to the longitudinal section; And
And calculating the LNG BOR using the total calorific value,
Each of the steps of calculating an incoming calorie for the cross-section and calculating an incoming calorie for the cross-
Modeling each of the plates constituting the cargo hold and the hull by a line element; And
And modeling the space separated by the plates into surface elements.
상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 각각은 상기 화물창 및 선체를 구성하는 판들에 부착되어 있는 보강재를 핀요소로 모델링하는 단계를 더 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method according to claim 1,
Wherein calculating the calorific value for the transverse section and calculating the calorific value for the longitudinal section each further comprises modeling the stiffener attached to the plates constituting the cargo hold and the hull, LNG BOR calculation method.
상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계 각각은 상기 선요소에 대한 물성치 및 상기 면요소에 대한 물성치를 입력받는 단계를 더 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 3,
Wherein each of the step of calculating the amount of heat input to the cross section and the step of calculating the amount of heat input to the longitudinal section further comprises the step of inputting the physical property values for the line elements and the physical property values for the surface elements, Way.
상기 선요소에 대한 물성치는 상기 선요소로 모델링된 판의 두께 및 열전도 계수를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 4,
Wherein the physical property for the line element comprises a thickness and a thermal conductivity coefficient of the plate modeled with the line element.
상기 면요소에 대한 물성치는 상기 면으로 모델링된 공간에 존재하는 물질의 대류 계수를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 4,
Wherein the physical property for the surface element comprises a convection coefficient of a material present in the space modeled by the surface.
상기 대류 계수는 상기 모델링된 공간에 접하는 판에 부착된 보강재를 고려하여 결정되는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 6,
Wherein said convection coefficient is determined in consideration of a stiffener attached to a plate in contact with said modeled space.
상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 선요소에 대한 물성치 및 상기 면요소에 대한 물성치를 이용하여 상기 횡단면에 대해서 온도에 대한 제1 행렬식을 구성하는 단계를 더 포함하고,
상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 선요소에 대한 물성치 및 상기 면요소에 대한 물성치를 이용하여 상기 종단면에 대해서 온도에 대한 제2 행렬식을 구성하는 단계를 더 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 4,
Wherein calculating the calorific value for the transverse section further comprises constructing a first determinant for temperature with respect to the transverse section using physical properties for the line element and physical properties for the surface element,
Wherein calculating the calorific value for the longitudinal section further comprises constructing a second determinant for temperature with respect to the longitudinal section using physical properties for the line element and physical properties for the line element, Calculation method.
상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 제1 행렬식을 이용하여 상기 횡단면의 온도 분포 및 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계를 더 포함하고,
상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 제2 행렬식을 이용하여 상기 종단면의 온도 분포 및 상기 종단면에 대한 유입 열량을 계산하는 단계를 더 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 8,
Wherein calculating the incoming calorie for the transverse section further comprises calculating the temperature distribution of the transverse section and the incoming calorie for the transverse section using the first determinant,
Wherein the step of calculating the calorific value for the longitudinal section further comprises calculating the temperature distribution of the longitudinal section and the calorific value of the longitudinal section using the second determinant.
상기 총 유입 열량을 계산하는 단계는 상기 횡단면에 대한 유입 열량을 상기 화물창의 길이에 대해 합산하여 구한 제1 값과 상기 종단면에 대한 유입 열량을 상기 화물창의 폭에 대해 합산하여 구한 제2 값을 합산하여 상기 총 유입 열량을 계산하는 단계를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.The method of claim 9,
Wherein the calculating of the total calorific value comprises calculating a sum of the first value obtained by summing the amount of heat input to the transverse section with respect to the length of the cargo hold and the second calorific value obtained by summing the calorific value of the cargo entering the longitudinal section with respect to the width of the cargo hold, And calculating the total calorific value of the LNG BOR in the cargo hold.
상기 BOR을 계산하는 단계는 상기 총 유입 열량과 상기 화물창의 부피를 이용하여 상기 LNG BOR을 계산하는 단계를 포함하는, 화물창 내의 LNG BOR 계산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the calculating the BOR comprises calculating the LNG BOR using the total calorific value and the volume of the cargo hold.
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