KR102595438B1 - 선박 운항에 따른 액화가스의 bor 산출 및 bor을 활용한 자율운항 방법 및 이를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

선박 운항에 따른 액화가스의 bor 산출 및 bor을 활용한 자율운항 방법 및 이를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실제 설계를 기반으로 모델링된 액화가스 화물창의 3D 모델(110)에 대해 액화가스화물을 제외한 액화가스 화물창의 요소들의 온도에 따른 물성치를 반영하여 정상상태 수치해석을 수행하여서 액화가스 화물창에 내장된 보온재(111)의 열평형상태에서의 온도분포에 의한 경계조건을 설정하는, 정상상태 해석 단계(S110)와, 다수의 운항조건별로, 액화가스화물의 물성치를 반영한 상변화 모델에 대해 경계조건 및 초기조건을 입력하여 액화가스 화물창의 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하여서, 해당 운항조건에서의 보온재(111)의 온도분포에 따른 비정상상태의 BOG 증발량을 각각 산출하는, 비정상상태 해석 단계(S120)와, 운항조건별로 자율운항시스템과 연계하여 증발량을 최소화하는 자율운항 지침을 제공하는, 경제운항루트 제시 단계(S130)를 포함하여, 실운항 중 BOG 증발을 통한 손실을 최소화하는 최적 운항경로를 선정하도록 하는, 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법을 개시한다.

Description

선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법 및 이를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{METHOD FOR CALCULATING BOIL-OFF GAS RATE ACCORDING TO SHIP VOYAGE AND NAVIGATING AUTONOMOUSLY BY USING BOIL-OFF GAS RATE AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법 및 이를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비정상상태에서의 수치해석을 통해 증발량을 운항 전에 예측할 수 있으며, 운항조건별로 증발량을 데이터베이스화하고 자율운항 시스템과 연계하여 실운항 중 BOG 증발을 통한 손실을 최소화하여 경제적으로 운항할 수 있는 최적 운항경로를 제시할 수 있는, 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법 및 이를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스는 생산지에서 액화천연가스(LNG;Liquefied Natural Gas)로 극저온으로 액화된 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송되고, LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 또는 육상의 하역 터미널을 거치면서 재기화되어 소비처로 공급된다.
한편, 천연가스의 액화 온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온을 가지므로, LNG는 그 온도가 상압 조건에서 -163℃보다 높아질 경우 증발되기 시작하며, LNG 운반선 내 화물창의 경우 이중 단열처리가 되어 있으나, 외부의 열을 완전히 차단시키는 시스템은 아직 존재하지 않으므로 외부 열 유입은 열 평형 상태가 될 때까지 지속적으로 이루어지며, LNG를 수송하는 도중 화물창 내 LNG의 기화 또한 지속적으로 진행되어 화물창내 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
또한, LNG 운반선을 이용한 LNG 수송 중 화물창 내에서 기화되어 자연 증발하는 LNG의 비율을 자연 기화율이라 하며, 최근에는 LNG 스팟 마켓(LNG Spot Market)의 성장, LNG 운반선의 경제성 확보를 위한 저속 운전으로 LNG 운반선의 운항 기간이 늘어나는 경우가 증가함에 따라 BOR 저감이 더욱 중요해지고 있다.
종래에는, 화물창내에 유입된 열량을 통해 정지 상태에서의 증발량을 계산하여 실운항에 따른 LNG 운반선의 운동상태로 인한 슬로싱 등에 의해 추가적으로 발생하는 증발량을 알 수 없는 한계가 있으며, 증발가스 처리와 관련된 설비의 용량을 정확히 예측할 수 없어 정지 상태에서의 BOR조건으로부터 일정 정도의 마진을 임의로 고려하여 용량을 산정하여 설계를 최적화할 수 없는 문제점이 있다.
화물창 내 LNG BOR 계산방법, 2021.05.24) 한국 공개특허공보 제10-2020-0093813호 (화물창 내 LNG BOR 계산 방법, 2020.08.06)
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비정상상태에서의 수치해석을 통해 증발량을 운항 전에 예측할 수 있으며, 운항조건별로 증발량을 데이터베이스화하고 자율운항 시스템과 연계하여 실운항 중 BOG 증발을 통한 손실을 최소화하여 경제적으로 운항할 수 있는 최적 운항경로를 제시할 수 있는, 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법 및 이를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 일 실시예는, 실제 설계를 기반으로 모델링된 액화가스 화물창의 3D 모델에 대해 액화가스화물을 제외한 상기 액화가스 화물창의 요소들의 온도에 따른 물성치를 반영하여 정상상태 수치해석을 수행하여서 상기 액화가스 화물창에 내장된 보온재의 열평형상태에서의 온도분포에 의한 경계조건을 설정하는, 정상상태 해석 단계; 다수의 운항조건별로, 액화가스화물의 물성치를 반영한 상변화 모델에 대해 상기 경계조건 및 초기조건을 입력하여 상기 액화가스 화물창의 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하여서, 해당 운항조건에서의 상기 보온재의 온도분포에 따른 비정상상태의 BOG 증발량을 각각 산출하는, 비정상상태 해석 단계; 및 상기 운항조건별로 자율운항시스템과 연계하여 상기 증발량을 최소화하는 자율운항 지침을 제공하는, 경제운항루트 제시 단계;를 포함하는, 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법을 제공한다.
또한, 상기 정상상태 해석 단계는, 실제 설계를 기반으로 모델링하여 상기 액화가스 화물창의 3D 모델을 생성하는 단계와, 상기 액화가스 화물창의 외판 및 상기 보온재의 열전도계수를 포함하는 물성치를 입력하는 단계와, 상기 액화가스 화물창에 상응하는 온도장의 열전달 지배 방정식을 선정하고, 상기 열전달 지배 방정식을 이산화하는 단계와, 상기 보온재와 상기 액화가스 화물이 접하는 경계면에서의 온도값과, 상기 열전달 지배 방정식을 이용하여, 상기 정상상태 수치해석을 수행하는 단계와, 상기 정상상태 수치해석에 따른 열평형상태에서의 상기 보온재의 온도분포를 계산하는 단계와, 상기 보온재로부터 실제 계측된 온도분포 데이터에 최근접하는 상기 계산된 보온재의 온도분포 데이터를 상기 경계조건으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전달 지배 방정식은 질량 및 운동량 보존의 법칙과 난류 모델 결정으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 난류 모델 결정은, 유체의 난류효과를 고려하는 점성 모델로 Realizable k-ε모델 또는 k-ω모델을 사용하고, 벽면에서의 경계층 모사를 위한 벽함수 Enhanced wall treatment를 사용할 수 있다.
또한, 상기 상변화 모델로 Rohsenow 과냉각 비등 모델이 적용될 수 있다.
또한, 상기 Rohsenow 과냉각 비등 모델에 의해 상기 액화가스 화물창의 내벽으로부터 상기 액화가스화물로 전달되는 열 유속을 계산할 수 있다.
또한, 상기 비정상상태 해석 단계는, 상기 Rohsenow 과냉각 비등 모델에 상기 액화가스화물의 물성치와 상기 경계조건 및 초기조건을 입력하는 단계와, 상기 다수의 운항조건별로, 상기 액화가스 화물창의 6자유도운동에 따른 상기 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하는 단계와, 외부로부터의 열유입량 및 상기 액화가스 화물창의 운동상태에 따른 상기 액화가스화물의 슬로싱 및 접촉면적증가에 의한 상기 보온재의 온도분포를 계산하는 단계와, 상기 해당 운항조건에서의 상기 열유입량 및 상기 온도분포에 따른 비정상상태의 증발량 및 증발된 기체의 평균온도와 평균압력의 증발량 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 운항조건은 실제 운항루트의 운항해역과 해상조건과 기상조건과 운항속도를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발량 정보에 따라, 과도 BOG의 재액화설비와 GCU의 용량 및 BOG 관련 배관을 설계할 수 있다.
또한, 상기 경제운항루트 제시 단계는, 상기 운항조건별로 상기 증발량을 데이터베이스화하는 단계와, 상기 자율운항시스템과 연계하여 상기 증발량을 최소화하는 운항조건에 의한 자율운항 지침을 제공하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 자율운항 지침에 따른 실제 운항시 획득한 증발량 정보를 상기 비정상상태 해석 단계에서의 증발량 정보와 비교하여, 기계학습법을 통해 비정상상태에서의 증발량 산출 정확도를 높이는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 정상상태는 상기 액화가스 화물창과 상기 액화가스화물 간 열평형이 이루어진 상태이고, 상기 비정상상태는 상기 액화가스 화물창과 상기 액화가스화물 간 열평형 상태가 깨진 것일 수 있다.
또한, 상기 액화가스는 액화천연가스, 액화에탄가스, 액화에틸렌가스, 액화프로펠렌가스, 액화수소가스 및 액화암모니아가스 중 어느 하나일 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 다른 실시예는, 앞서 열거한 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 비정상상태에서의 수치해석을 통해 증발량을 운항 전에 예측할 수 있으며, 운항조건별로 증발량을 데이터베이스화하고 자율운항 시스템과 연계하여 실운항 중 BOG 증발을 통한 손실을 최소화하여 경제적으로 운항할 수 있는 최적 운항경로를 제시할 수 있고, 증발량 정보에 따라, 에너지 회수를 위한 과도 BOG의 재액화설비와 GCU의 용량, 및 BOG 관련 배관 설계에 반영하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박 운항에 따른 LNG의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법의 개략적인 순서도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 각 단계별 순서도를 구체화한 것이다.
도 3은 도 1의 LNG 화물창의 3D 모델을 예시한 것이다.
도 4는 도 1의 LNG의 BOG 처리 관련 설비를 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법은, 실제 설계를 기반으로 모델링된 액화가스 화물창의 3D 모델(110)에 대해 액화가스화물을 제외한 액화가스 화물창의 요소들의 온도에 따른 물성치를 반영하여 정상상태 수치해석을 수행하여서 액화가스 화물창에 내장된 보온재(111)의 열평형상태에서의 온도분포에 의한 경계조건을 설정하는, 정상상태 해석 단계(S110)와, 다수의 운항조건별로, 액화가스화물의 물성치를 반영한 상변화 모델에 대해 경계조건 및 초기조건을 입력하여 액화가스 화물창의 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하여서, 해당 운항조건에서의 보온재(111)의 온도분포에 따른 비정상상태의 BOG 증발량을 각각 산출하는, 비정상상태 해석 단계(S120)와, 운항조건별로 자율운항시스템과 연계하여 증발량을 최소화하는 자율운항 지침을 제공하는, 경제운항루트 제시 단계(S130)를 포함하여, 실운항 중 BOG 증발을 통한 손실을 최소화하는 최적 운항경로를 선정하도록 하는 것을 요지로 한다.
본 명세서에서는 극저온 화물의 가장 대표적인 예로서 LNG화물을 들어 설명하나, 본 발명의 기술적 사상은 LNG 이외에도 LPG(Liquefied petroleum gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas), 액화수소가스(Liquefied Hydrogen Gas), 액화암모니아가스(Liquefied Ammonia Gas)등과 같이 저온으로 액화시켜 저장 및 수송될 수 있는 다양한 종류의 액화가스를 저장하는 화물창에 적용될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 전술한 구성의 선박 운항에 따른 LNG의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 정상상태 해석 단계(S110)에서는, 실제 설계를 기반으로 모델링된 LNG 화물창의 3D 모델(110)에 대해 LNG화물을 제외한 LNG 화물창의 요소들의 온도에 따른 물성치를 반영하여 정상상태 수치해석을 수행하여서 LNG 화물창에 내장된 보온재(111)의 열평형상태에서의 온도분포에 의한 경계조건을 설정하도록 한다. 여기서, 정상상태는 LNG 화물창과 LNG화물간 열평형이 이루어진 상태를 의미한다.
구체적으로, 도 2에 예시된 바와 같이, 정상상태 해석 단계(S110)는, LNG 화물창의 실제 설계 정보를 반영하여 보온재(단열재)(111), 외판(철판)(112), 밸러스트탱크(113), 트렁크 보이드 스페이스(114), 코퍼댐(coffer dam), 펌프타워(115), 가스돔 벤트(116), 밀봉재, LNG 화물창을 지지하는 보강재 등의 LNG 화물창 관련 구성(도 3 참조)을 3차원으로 모델링하여 CFD(Caculational Fluid Dynamics) 해석을 위한 LNG 화물창의 3D 모델(110)을 생성하는 단계(S111)와, LNG 화물창의 보온재(111) 및 외판(112)의 열전도계수, 외판(112)의 두께 등을 포함하는 물성치를 입력하는 단계(S112)와, LNG 화물창에 상응하는 온도장(temperature field)의 열전달 지배 방정식(heat transfer governing equation)을 선정하고, 열전달 지배 방정식을 이산화하는 단계(S113)와, 보온재(111)와 LNG 화물이 접하는 경계면에서의 온도값과, 앞서 선정된 열전달 지배 방정식을 이용하여, 정상상태 수치해석을 수행하는 단계(S114)와, 정상상태 수치해석에 따른 열평형상태에서의 보온재(111)의 온도분포를 계산하는 단계(S115)와, 시행착오법(trial and error)을 적용하여, 보온재(111)로부터 온도센서에 의해 실제 계측된 온도분포 데이터에 최근접하는 계산된 보온재(111)의 온도분포 데이터를 경계조건의 경계온도로 설정하는 단계(S116)로 이루어질 수 있다.
한편, 열전달 지배 방정식은 질량 및 운동량 보존 법칙과 난류 모델 결정으로 이루어질 수 있고, 수치해석 방법에 대한 해를 찾기 위해 뉴턴 유체에 대해 다음의 [수학식 1] 내지 [수학식 4]와 같은 질량 및 운동량 보존 법칙이 열전달 지배방정식으로 구성될 수 있다.
(수학식 1에서 ρ는 유체의 밀도, v는 속도벡터를 나타낸다)
(수학식 2에서 p는 정압, 항은 중력에 의한 체적력을 의미하며, 는 응력 텐서를 나타내며, 다음의 기본적인 식으로 표현된다)
(수학식 3에서 μ는 유체의 점도, I는 단위 텐서를 의미한다)
(수학식 4는 에너지 보존의 한 형태를 나타내는데, 여기서 E는 단위 질량당 총 에너지로서 내부에너지이며, 는 운동에너지이며, 는 점성력에 작용한 일을 나타낸다)
또한, 난류 모델 결정의 경우에는, 유체의 난류효과를 고려하는 점성 모델로서 Realizable k-ε모델 또는 k-ω모델을 사용하고, 벽면에서의 난류효과를 고려하도록 하는 벽면에서의 경계층 모사를 위한 벽함수는 Enhanced wall treatment를 고려하고, 열효과(thermal effects)를 반영한다.
한편, 열전달 지배 방정식은 연립 미분방정식으로 이루어져 있어 완전한 해를 구하기 위해서는 경계조건 및 초기조건이 요구된다.
다음, 비정상상태 해석 단계(S120)에서는, 미리 설정된 운항루트에 따른 다수의 운항조건별로, LNG화물의 물성치를 반영한 상변화 모델(boiling model)에 대해 앞서 설정된 경계조건 및 초기조건(t = 0 ; Vfluid 주어짐)을 입력하여 LNG 화물창의 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하여서, 해당 운항조건에서의 보온재(111)의 온도분포에 따른 비정상상태의 BOG(Boil Off Gas) 증발량(BOR;Boil-Off gas Rate)을 각각 산출한다. 여기서, 비정상상태는 슬로싱 등과 같은 외부요인에 의해 LNG 화물창과 LNG화물 간 열평형 상태가 깨진 상태를 의미한다.
한편, 상변화 모델로, 자연 대류(natural convection)에서의 핵 비등(nucleate boiling) 모델에 대한 관계식인 Rohsenow 과냉각 비등 모델이 적용되고, 다음의 [수학식 5]를 통해, Rohsenow 과냉각 비등 모델에 의해 LNG 화물창의 내벽으로부터 LNG화물로 전달되는 열 유속(heat flux)을 계산할 수 있다.
즉, Rohsenow 과냉각 비등 모델은 LNG를 증발시키는 잠열(latent heat)을 제공하는 열 유속의 양과, 증발을 위한 전도(conduction) 및 대류(convection)의 양을 결정하는 경험적 관계식을 제공한다.
여기서, qbw는 증발을 위한 잠열을 제공하는 열 유속의 양, μl은 점성 계수, hlat은 비등 잠열, g는 중력 가속도, ρl은 액체의 밀도, ρv는 증기의 밀도, σ는 기체-액체 표면중 액체의 표면 장력, CPl은 액체 비열, Tw는 벽면의 온도, Tsat는 포화온도, Cqw는 표면-액체 조합에 의한 경험적 계수, Prl np는 액체 Prandtl 수, np는 표면-액체 조합에 영향을 받는 Prandtl 수의 지수이고, Cqw와 np는 모델을 변조하기 위해 가변될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 예시된 바와 같이, 비정상상태 해석 단계(S120)는, 비정상상태 수치해석을 위한 물성치를 설정하고, Rohsenow 과냉각 비등 모델에 LNG화물의 물성치와 경계조건과 초기조건을 입력하는 단계(S121)와, 다수의 운항조건별로, LNG 화물창의 6자유도운동에 따른 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하는 단계(S122)와, 외부로부터의 열유입량 및 LNG 화물창의 운동상태에 따른 LNG화물의 슬로싱 및 접촉면적증가에 의한 보온재(111)의 온도분포를 계산하는 단계(S123)와, 해당 운항조건에서의 열유입량 및 온도분포에 따른 비정상상태의 증발량 및 증발된 기체의 평균온도와 평균압력의 증발량 정보를 산출하는 단계(S124)로 이루어질 수 있다.
여기서, 운항조건은 실제 운항루트의 운항해역과, 파고, 파향, 파주기, 풍향, 풍속, 파랑 등의 해상조건과, 기상조건과, 운항속도를 포함할 수 있다.
한편, 앞서 비정상상태 수치해석을 통해 산출된 증발량 정보에 따라, 도 4에 도시된, 컴프레서를 포함하는 과도 BOG의 재액화설비와 GCU(Gas Combustion Unit)의 용량, 및 BOG 관련 배관 설계에 반영하도록 할 수 있다.
다음, 경제운항루트 제시 단계(S130)에서는, 운항조건별로 자율운항시스템과 연계하여, 증발량을 최소화하는 자율운항 지침을 제공한다.
구체적으로, 도 2에 예시된 바와 같이, 경제운항루트 제시 단계(S130)는, 앞서 제시된 운항조건별로 증발량을 데이터베이스화하는 단계(S131)와, 인공지능에 의해 출발지와 목적지 사이의 최적항로를 설정하여 운항하도록 하는 자율운항시스템과 연계하여 증발량을 최소화하는 운항조건에 의한 자율운항 지침을 제공하는 단계(S132)로 이루어질 수 있다.
또한, 자율운항 지침에 따른 실제 운항시 획득한 증발량 정보를 비정상상태 해석 단계(S120)에서의 증발량 정보와 비교하여, 기계학습법을 통해 비정상상태에서의 증발량 산출 정확도를 높이는 단계(S133)를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 앞서 열거한 선박 운항에 따른 LNG의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
따라서, 전술한 바와 같은 선박 운항에 따른 LNG의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법에 의해서, 비정상상태에서의 수치해석을 통해 증발량을 운항 전에 예측할 수 있으며, 운항조건별로 증발량을 데이터베이스화하고 자율운항 시스템과 연계하여 실운항 중 BOG 증발을 통한 손실을 최소화하여 경제적으로 운항할 수 있는 최적 운항경로를 제시할 수 있고, 증발량 정보에 따라, 에너지 회수를 위한 과도 BOG의 재액화설비와 GCU의 용량, 및 BOG 관련 배관 설계에 반영하도록 할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 3D 모델 111 : 보온재
112 : 외판 113 : 밸러스트탱크
114 : 트렁크 보이드 스페이스 115 : 펌프타워
116 : 가스돔 벤트
S110 : 정상상태 해석 단계
S120 : 비정상상태 해석 단계
S130 : 경제운항루트 제시 단계

Claims (14)

  1. 실제 설계를 기반으로 모델링된 액화가스 화물창의 3D 모델에 대해 액화가스화물을 제외한 상기 액화가스 화물창의 요소들의 온도에 따른 물성치를 반영하여 정상상태 수치해석을 수행하여서 상기 액화가스 화물창에 내장된 보온재의 열평형상태에서의 온도분포에 의한 경계조건을 설정하는, 정상상태 해석 단계;
    다수의 운항조건별로, 액화가스화물의 물성치를 반영한 상변화 모델에 대해 상기 경계조건 및 초기조건을 입력하여 상기 액화가스 화물창의 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하여서, 해당 운항조건에서의 상기 보온재의 온도분포에 따른 비정상상태의 BOG 증발량을 각각 산출하는, 비정상상태 해석 단계; 및
    상기 운항조건별로 자율운항시스템과 연계하여 상기 증발량을 최소화하는 자율운항 지침을 제공하는, 경제운항루트 제시 단계;를 포함하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정상상태 해석 단계는,
    실제 설계를 기반으로 모델링하여 상기 액화가스 화물창의 3D 모델을 생성하는 단계와,
    상기 액화가스 화물창의 외판 및 상기 보온재의 열전도계수를 포함하는 물성치를 입력하는 단계와,
    상기 액화가스 화물창에 상응하는 온도장의 열전달 지배 방정식을 선정하고, 상기 열전달 지배 방정식을 이산화하는 단계와,
    상기 보온재와 상기 액화가스 화물이 접하는 경계면에서의 온도값과, 상기 열전달 지배 방정식을 이용하여, 상기 정상상태 수치해석을 수행하는 단계와,
    상기 정상상태 수치해석에 따른 열평형상태에서의 상기 보온재의 온도분포를 계산하는 단계와,
    상기 보온재로부터 실제 계측된 온도분포 데이터에 최근접하는 상기 계산된 보온재의 온도분포 데이터를 상기 경계조건으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전달 지배 방정식은 질량 및 운동량 보존의 법칙과 난류 모델 결정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 난류 모델 결정은, 유체의 난류효과를 고려하는 점성 모델로 Realizable k-ε모델 또는 k-ω모델을 사용하고, 벽면에서의 경계층 모사를 위한 벽함수 Enhanced wall treatment를 사용하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 상변화 모델로 Rohsenow 과냉각 비등 모델이 적용되는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 Rohsenow 과냉각 비등 모델에 의해 상기 액화가스 화물창의 내벽으로부터 상기 액화가스화물로 전달되는 열 유속을 계산하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비정상상태 해석 단계는,
    상기 Rohsenow 과냉각 비등 모델에 상기 액화가스화물의 물성치와 상기 경계조건 및 초기조건을 입력하는 단계와,
    상기 다수의 운항조건별로, 상기 액화가스 화물창의 6자유도운동에 따른 상기 운동방정식에 기반한 비정상상태 수치해석을 수행하는 단계와,
    외부로부터의 열유입량 및 상기 액화가스 화물창의 운동상태에 따른 상기 액화가스화물의 슬로싱 및 접촉면적증가에 의한 상기 보온재의 온도분포를 계산하는 단계와,
    상기 해당 운항조건에서의 상기 열유입량 및 상기 온도분포에 따른 비정상상태의 증발량 및 증발된 기체의 평균온도와 평균압력의 증발량 정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 운항조건은 실제 운항루트의 운항해역과 해상조건과 기상조건과 운항속도를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 증발량 정보에 따라, 과도 BOG의 재액화설비와 GCU의 용량 및 BOG 관련 배관을 설계하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 경제운항루트 제시 단계는,
    상기 운항조건별로 상기 증발량을 데이터베이스화하는 단계와,
    상기 자율운항시스템과 연계하여 상기 증발량을 최소화하는 운항조건에 의한 자율운항 지침을 제공하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자율운항 지침에 따른 실제 운항시 획득한 증발량 정보를 상기 비정상상태 해석 단계에서의 증발량 정보와 비교하여, 기계학습법을 통해 비정상상태에서의 증발량 산출 정확도를 높이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 정상상태는 상기 액화가스 화물창과 상기 액화가스화물 간 열평형이 이루어진 상태이고,
    상기 비정상상태는 상기 액화가스 화물창과 상기 액화가스화물 간 열평형 상태가 깨진 것을 특징으로 하는,
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스는 액화천연가스, 액화에탄가스, 액화에틸렌가스, 액화프로펠렌가스, 액화수소가스 및 액화암모니아가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
    선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 선박 운항에 따른 액화가스의 BOR 산출 및 BOR을 활용한 자율운항 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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CN117235903B (zh) * 2023-11-14 2024-01-26 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 一种lng船自然蒸发bog预测方法及系统
CN117950430B (zh) * 2024-03-26 2024-07-09 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 一种港湾内河散装液化气船舱压控制方法及系统

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101160148B1 (ko) * 2009-09-02 2012-07-03 삼성중공업 주식회사 화물창으로의 유입열량 계산을 위한 컴퓨터 수치해석 방법
KR101556315B1 (ko) * 2013-11-14 2015-10-01 삼성중공업 주식회사 기화율 측정 장치 및 기화율 측정 방법
KR102475553B1 (ko) * 2018-06-29 2022-12-07 대우조선해양 주식회사 선박의 최적 운항속도 도출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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이희범 외, "극저온 유체 화물창 방벽 내의 액체유동 및 기화 시뮬레이션", 한국전산유체공학회, 한국전산유체공학회 2008년도 추계학술대회논문집, pp.308-315(2008.12.31.)

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