LNGC 디젤기관 크랭크 챔버용 액체질소 불활성가스 시스템에 관한 연구

최부홍,김현수 해양환경안전학회 2012 해양환경안전학회지 Vol.18 No.3

LNGC 주기관의 크랭크 챔버 내 유증기 폭발 방지를 위해 기존의 이산화탄소 가스인젝터가 부착된 오일미스트 감지기 외에 불활성가스 시스템을 설치할 필요가 있다. 특히, LNGC 선박은 액체질소를 손쉽게 확보할 수 있는 장점이 있기 때문에 액체질소를 이용한 불활성가스 시스템을 도입하기 위한 설계 기초 단계로서 해석적 연구를 시행하였다. 또한 액체질소 최소 소모량 시스템을 개발하기 위하여 층상류 모델을 적용하였으며, 층상류 흐름에 미치는 유로관경, 포화압력과 선박동요에 따른 배관 기울기 등의 영향에 대해서도 조사하였다. 또한 질소와 같은 극저온 유체들과 여기에 사용된 예측 모델과의 비교 검토를 통하여 극저온 유체에 대해서도 모델의 유효성을 검증하였으며, 액체질소 불활성가스 시스템의 액체질소를 가스로 상변환 시키는데 소요되는 가열기의 열부하도 예측할 수 있었다. It is necessary to install the inert gas system(IGS) for preventing fire and explosion in LNGC main diesel engine crankcase besides oil mist detector(OMD) unit with CO2 gas injector. Therefore, to design the liquid nitrogen IGS, analytical work is conducted for predicting the heat input load of liquid nitrogen heater with two-phase stratified flow model. This paper also presents the effects of changes in pipe diameter, saturated pressure, and inclination angle by ship's movement on cryogenic two-phase stratified flows. It is found that the stratified model gives reasonable predictions, and the model is effective to predict the heat input load of liquid nitrogen IGS.

저열유속에서 상변화를 수반하는 메탄의 유동거동특성

최부홍,Choi, Bu-Hong 해양환경안전학회 2014 海洋環境安全學會誌 Vol.20 No.1

A liquefied natural gas(LNG) in cryogenic liquid is converted back into gaseous form for distribution to residential and industrial consumers. In this re-gasification process, LNG supplies a plenty of cold thermal energy about $83.7{\times}10^4kJ/kg$. The LNG cold thermal energy is utilized for the re-liquefaction process of cryogenic fluids such as Nitrogen, Hydrogen and Helium, and ice manufacturing process and air-conditioning system in some advanced countries. Therefore, it is also necessary to establish the recovery systems of the LNG cold thermal energy around Incheon, Pyungtaek and Tongyung LNG import terminals in our country. Methane is used as working fluid in this paper, which is the major component of LNG over 85 % by volume, in order to investigate the flow behavior characteristics of LNG with phase change at low heat flux. This paper presents the effects of pipe diameters, pipe inclinations and saturation pressures on the flow boundaries of methane flowing in a cryogenic heat exchanger tube, together with those of nitrogen, propane, R11 and R134a. The outcomes obtained from this theoretical researches are also compared with previous experimental data. It was also found that the effect of pipe inclination on the methane flow boundaries was significant. 극저온 액체 상태의 LNG는 주거용과 산업용으로 공급되기 전에 가스 상태로 변환된다. 이러한 재가스화 과정 중에 LNG는 $83.7{\times}10^4$ kJ/kg 정도의 많은 냉열에너지를 제공한다. 이 냉열에너지를 일부 선진국들에서는 질소, 수소, 헬륨과 같은 극저온 유체들의 액화, 제빙 및 냉방시스템에 이용하고 있다. 따라서 우리나라에서도 인천, 평택 및 통영 LNG 인수기지 주변에 LNG의 냉열에너지를 이용한 냉열에너지 회수시스템을 설립할 필요가 있다. 여기서는 저열유속상태에서 상변화를 동반하는 LNG의 유동거동 특성을 파악하기 위해 LNG의 85 %를 차지하는 메탄을 작동유체로 사용하였다. 또한 본 논문은 극저온 열교환기 내부를 흐르는 메탄과 질소, 프로판, R11 및 R134a의 유동경계에 영향을 주는 관 직경, 관의 경사각도 및 포화압력의 효과를 보여준다. 또한 여기서 얻어진 이론적 연구결과와 기존의 실험 데이터와도 비교 되었다. 그리고 메탄의 유동경계에 주는 파이프의 경사각도의 영향은 매우 큼을 알 수 있었다.

A Study of Liquid Nitrogen Inert Gas System for LNGC Diesel Engine Crank Chamber

최부홍,김현수,Choi, Bu-Hong,Kim, Hyun-Soo The Korean Society of Marine Environment and safet 2012 해양환경안전학회지 Vol.18 No.3

LNGC 주기관의 크랭크 챔버 내 유증기 폭발 방지를 위해 기존의 이산화탄소 가스인젝터가 부착된 오일미스트 감지기 외에 불활성가스 시스템을 설치할 필요가 있다. 특히, LNGC 선박은 액체질소를 손쉽게 확보할 수 있는 장점이 있기 때문에 액체질소를 이용한 불활성가스 시스템을 도입하기 위한 설계 기초 단계로서 해석적 연구를 시행하였다. 또한 액체질소 최소 소모량 시스템을 개발하기 위하여 층상류 모델을 적용하였으며, 층상류 흐름에 미치는 유로관경, 포화압력과 선박동요에 따른 배관 기울기 등의 영향에 대해서도 조사하였다. 또한 질소와 같은 극저온 유체들과 여기에 사용된 예측 모델과의 비교 검토를 통하여 극저온 유체에 대해서도 모델의 유효성을 검증하였으며, 액체질소 불활성가스 시스템의 액체질소를 가스로 상변환 시키는데 소요되는 가열기의 열부하도 예측할 수 있었다. It is necessary to install the inert gas system(IGS) for preventing fire and explosion in LNGC main diesel engine crankcase besides oil mist detector(OMD) unit with $CO_2$ gas injector. Therefore, to design the liquid nitrogen IGS, analytical work is conducted for predicting the heat input load of liquid nitrogen heater with two-phase stratified flow model. This paper also presents the effects of changes in pipe diameter, saturated pressure, and inclination angle by ship's movement on cryogenic two-phase stratified flows. It is found that the stratified model gives reasonable predictions, and the model is effective to predict the heat input load of liquid nitrogen IGS.

다양한 배관 경사각도 및 중력조건에서의 층상류 유동양식 예측

최부홍,Choi, Bu-Hong 해양환경안전학회 2008 해양환경안전학회지 Vol.14 No.4

기름과 가스 수송 라인 및 선박 내에 설비된 유체 기계들에 관련된 파이프 내에 층상류 흐름이 존재할 수 있다. 이 때문에 수평 혹은 작은 경사 파이프 내에 발생할 수 있는 층상류 흐름을 예측하기 위한 많은 이론과 상관식이 제시되었다. 기존 연구들은 각 상의 물성, 점성, 밀도 및 파이프의 기하학적 형상 등이 층상류 흐름에 주는 효과에 관한 것이 대부분이고, 중력의 크기 및 파이프의 큰 경사 기울기에 관한 연구성과는 매우 드문 실정이다. 따라서 본 연구에는 중력크기 및 파이프 경사도 변화가 층상류 발생 조건에 미치는 영향에 대해 이론적 연구가 수행되었다. 또한 본 해석을 통하여 0.17g 및 0.33g 조건에서는 비록 수직상향 흐름일지라도 매우 낮은 액체상의 유량조건에서는 층상류 흐름이 존재할 수 있음을 알 수 있었다. The stratified flow can be seen in the oil and gas pipelines as well as pipelines related to ship's fluid machineries. Numerous theories and correlations have also been proposed in the past for the prediction of stratified flow in horizontal or slightly inclined pipe. The previous researches are mostly about the effects of physical properties, viscosity, phases densities and pipe geometries on the stratified flow. Very few study outcomes exist on the effect of gravity magnitude and large slop angle of pipe inclinations on the occurring condition of stratified flow. In this study, therefore, analytical procedures were conducted about the effect of both the change in the gravity magnitude and pipe inclinations on the stratified flow occurring conditions. From the analytical results, it was found that stratified flow occurred at the vertical upward inclination and at very low liquid phase flowrates in 0.17g and 0.33g conditions.

기액이상류의 압력손실과 가스상의 체적분율에 관한 이론적 해석

최부홍,Choi, Bu-Hong 해양환경안전학회 2009 海洋環境安全學會誌 Vol.15 No.1

가스상의 체적분율과 압력강하는 기액이상류에 대한 이해와 예측에 있어서 매우 중요한 인자이다. 또한 그것들은 산업용 대용량의 열교환시스템 및 선박에 설치되는 보일러 및 냉동시스템의 설계에 있어서 필수적인 항목이다. 따라서 본 논문에서는 파이프의 모든 경사각도에서 기액이상류 가스상의 체적분율과 압력손실을 예측할 수 있는 이론적 해석 방법을 제시한다. 여기서의 이론적 해석은 2유체 층상류 모델을 기초로 하고 있다. 또한 이론적 해석결과와 기존의 실험결과와 비교한 결과에 대해서도 제시한다. Gas volumetric fractions and pressure loss are very important parameters in understanding and predicting gas-liquid two-phase flows. They are also essential to design large heat exchanging system in many industries, boiler and refrigerating systems mounted at ships. This paper therefore presents a theoretical method of predicting the pressure loss and gas volumetric fractions in gas-liquid two-phase flows for the whole range of pipe inclinations. The theoretical analysis is based on the two-fluid stratified flow model. It also provides the results of the comparisons between this theoretical analysis results and previous experimental results.

수직상향 기액이상류의 유동특성

최부홍,Choi Bu-Hong 한국마린엔지니어링학회 2005 한국마린엔지니어링학회지 Vol.29 No.4

This paper deals with the flow characteristics of air-water two-phase flow in a vertical tube of 10mm I.D. and 600mm in length at an adiabatic condition. The obtained experimental data were covered with the liquid superficial velocity ranging from 0.095m/s to 2.56m/s. and the gas superficial velocity ranging from 0.032m/s to 21.08m/s. The effects of the gas and liquid superficial velocity on the flow pattern transitions, frictional pressure drop, and film thickness and gas-liquid interface roughness were also examined. It was found that the film thickness increased and the liquid film wave length was more longer with the liquid superficial velocity $j_L$ increasing at $j_G$ constant. It was also showed that the frictional pressure drops were experienced in three regions. namely increasing region(bubbly flow), decreasing region (Taylor bubble and slug flows) and re-increasing region (annular flow).

구형용기의 상부면 냉각에 의한 해수 동결거동의 실험적 연구

최부홍 한국마린엔지니어링학회 1998 한국마린엔지니어링학회지 Vol.22 No.4

Currently as due to the rapid development of industry and increase in population we meet serious problems concerning the shortage and pollution of water. In the country many experts predict a shortage of water approaching 450 million tons by the year 2006. To cope with this serious problem it is necessary to construct desalination plants. In the adoption of a desalination system the most important factor is the cost of fresh water production,. In general LNG is stored in a tank as a liquid state below $-162^{\circ}C$. When it is serviced, however the LNG absorbs energy from a heat source and transforms to a high pressure gaseous state. During this process a huge amount of cold energy accumulated in cooling LNG is wasted. This wasted cold energy can be utilized to produce fresh water by using a sea water freezing desalination system. In order to develop a sea water freezing desalination system and to establish its design technique qualitative and quantitative data regarding the freezing behavior of sea water is required in advance, The goals of this study are to reveal the freezing behavior of sea water is required in advance. The goals of this study are to reveal the freezing mechanisms of sea water to measure the freezing rate and to investigate the freezing heat-transfer characteristics,. The experimental results will provide a general understanding of sea water freezing behavior in a rectangular vessel cooled from above.

단열 수평관내 이상류의 유동특성

최부홍(B. H. Choi) 한국동력기계공학회 2004 동력시스템공학회지 Vol.8 No.1

과중력 환경에서의 기액이상류

최부홍(Bu-hong Choi),최주열(Ju-yeol Choi) 한국마린엔지니어링학회 2006 한국마린엔지니어링학회 학술대회 논문집 Vol.2006 No.-

Some useful flow regime data are obtained from the experiments using the flight producing hyper-gravity (2g) conditions and on ground (1g) with the identical flow conditions. The flow regime data obtained at 1g and 2g conditions are compared with new dimensionless flow regime map using Fr, Bo and We number related with gravity, surface tension and inertia force.

미소중력하의 기액이상류의 유동양식

최부홍(Bu-Hong Choi) 한국마린엔지니어링학회 2003 한국마린엔지니어링학회지 Vol.27 No.3