Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions
This thesis investigates the usability of CFD modeling in LNG carrier hull thermal design. The study focuses on the membrane type of tank that is the most common tank-type in carrying LNG nowadays. Carrying LNG along the arctic sea roads exposes the hull structures to extreme cold temperatures becau...
Main Author: | |
---|---|
Other Authors: | , |
Format: | Master Thesis |
Language: | English |
Published: |
2021
|
Subjects: | |
Online Access: | https://lutpub.lut.fi/handle/10024/163133 |
id |
ftlappeenranta:oai:lutpub.lut.fi:10024/163133 |
---|---|
record_format |
openpolar |
institution |
Open Polar |
collection |
LUTPub (LUT University) |
op_collection_id |
ftlappeenranta |
language |
English |
topic |
LNG carrier membrane tank temperature distribution of hull structure LNG tankkeri membraani tankki rungon lämpötilajakauma fi=Energia|en=Energy| fi=Kestävä kehitys|en=Sustainable development| fi=Tekniikka|en=Technology| fi=Ympäristö|en=Environment| fi=School of Energy Systems Energiatekniikka|en=School of Energy Systems Energy Technology| |
spellingShingle |
LNG carrier membrane tank temperature distribution of hull structure LNG tankkeri membraani tankki rungon lämpötilajakauma fi=Energia|en=Energy| fi=Kestävä kehitys|en=Sustainable development| fi=Tekniikka|en=Technology| fi=Ympäristö|en=Environment| fi=School of Energy Systems Energiatekniikka|en=School of Energy Systems Energy Technology| Vesalainen, Henry Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions |
topic_facet |
LNG carrier membrane tank temperature distribution of hull structure LNG tankkeri membraani tankki rungon lämpötilajakauma fi=Energia|en=Energy| fi=Kestävä kehitys|en=Sustainable development| fi=Tekniikka|en=Technology| fi=Ympäristö|en=Environment| fi=School of Energy Systems Energiatekniikka|en=School of Energy Systems Energy Technology| |
description |
This thesis investigates the usability of CFD modeling in LNG carrier hull thermal design. The study focuses on the membrane type of tank that is the most common tank-type in carrying LNG nowadays. Carrying LNG along the arctic sea roads exposes the hull structures to extreme cold temperatures because the heat flux through the tank structure is minor. The situation could be seen as an advantage from BOG's point of view but an increased challenge from the hull durability point of view. For fulfilling the requisites of hull steel parts, the thermal analysis must execute. In this way, the ship's safety operation is ensured, and the material cost in the construction phase is optimized. The main aim of this thesis is to execute thermal analysis for the carrier’s steel structure. IMO’s IGC code is a driving force in LNG carriers' design. It can be stated that the IMO’s regulations are not given practical help for designers. The more specific guidelines are established from classification societies, and these guidelines are helping the designer to achieve the requirements. The main part of the thesis states that executing manual 1-D calculations is a good way to achieve the calculation boundaries for the CFD model. The results from the CFD simulations are reasonable and coherent with manual calculations. The used mesh resolutions did not show a significant effect on temperature distributions of the inner hull. Based on the results, the steel grade design could be executed by using these modeling tools. CFD calculations were executed with ANSYS student license. Tässä diplomityössä kartoitetaan numeerisen virtausdynamiikan käytettävyyttä LNG tankkerin rungon rakenteen lämpötilajakauman määrittämiseksi. Tutkimuksessa keskitytään membraani tyypin tankkiin, joka on nykypäivänä käytetyin eristystapa LNG:n kuljetuksessa. LNG:n kuljetus läpi arktisten alueiden altistaa rungon rakenteita erittäin kylmille lämpötiloille, koska lämpövirta ympäristöstä rungon rakenteisiin on vähäistä. Tämä voidaan nähdä selkeänä etuna syntyvän höyrystymishävikin kannalta, mutta haasteena terästen lämpötilasuunnittelussa. Jotta vaatimukset iskusitkeyden kannalta täyttyvät erittäin kylmänkin ympäristön lämpötiloissa, täytyy rungon rakenteelle tehdä kattavaa lämpötila-analyysi. Tällä turvataan aluksen turvallinen toiminta, sekä tehostetaan rakennusvaiheen materiaalikustannuksia. Diplomityön tavoite on tehdä LNG kuljetusaluksen teräsrakenteelle lämpötila-analyysi. Työn alussa käydään läpi LNG-tankkereiden runkojen teräsrakenteiden kansainvälistä sääntelyä ja todetaan IMO:n säätelevän suunnittelun isoimpia suuntaviivoja, mutta luokittelulaitosten ohjaus on huomattavasti tarkempaa laivansuunnittelijan näkökulmasta. Tutkimusosiossa todetaan manuaalisten laskujen olevan oivallinen tapa löytää sopivat yksinkertaistukset CFD-mallin rakentamiseen. Ansys-opiskelijalisenssillä onnistuttiin mallintamaan realistinen lämpötilajakauma tankkerin rungolle. Mallinnetut lämpötilajakaumat olivat koherentteja manuaalisesti laskujen kanssa. Tutkimuksessa käytetyillä menetelmillä voitaisiin määrittää tarvittavat teräslaadut aluksen rungolle. |
author2 |
Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT |
format |
Master Thesis |
author |
Vesalainen, Henry |
author_facet |
Vesalainen, Henry |
author_sort |
Vesalainen, Henry |
title |
Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions |
title_short |
Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions |
title_full |
Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions |
title_fullStr |
Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions |
title_full_unstemmed |
Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions |
title_sort |
approaches to the thermal analysis of ship-based lng tanks under harsh external environmental conditions |
publishDate |
2021 |
url |
https://lutpub.lut.fi/handle/10024/163133 |
long_lat |
ENVELOPE(-51.967,-51.967,65.967,65.967) |
geographic |
Arctic Tapa |
geographic_facet |
Arctic Tapa |
genre |
Arctic Arktis* |
genre_facet |
Arctic Arktis* |
op_relation |
https://lutpub.lut.fi/handle/10024/163133 URN:NBN:fi-fe2021081743438 |
op_rights |
fi=Kaikki oikeudet pidätetään.|en=All rights reserved.| |
_version_ |
1766349806095040512 |
spelling |
ftlappeenranta:oai:lutpub.lut.fi:10024/163133 2023-05-15T15:19:36+02:00 Approaches to the thermal analysis of ship-based LNG tanks under harsh external environmental conditions Vesalainen, Henry Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT 2021 66 fulltext https://lutpub.lut.fi/handle/10024/163133 eng eng https://lutpub.lut.fi/handle/10024/163133 URN:NBN:fi-fe2021081743438 fi=Kaikki oikeudet pidätetään.|en=All rights reserved.| LNG carrier membrane tank temperature distribution of hull structure LNG tankkeri membraani tankki rungon lämpötilajakauma fi=Energia|en=Energy| fi=Kestävä kehitys|en=Sustainable development| fi=Tekniikka|en=Technology| fi=Ympäristö|en=Environment| fi=School of Energy Systems Energiatekniikka|en=School of Energy Systems Energy Technology| Diplomityö Master's thesis 2021 ftlappeenranta 2021-12-30T14:13:32Z This thesis investigates the usability of CFD modeling in LNG carrier hull thermal design. The study focuses on the membrane type of tank that is the most common tank-type in carrying LNG nowadays. Carrying LNG along the arctic sea roads exposes the hull structures to extreme cold temperatures because the heat flux through the tank structure is minor. The situation could be seen as an advantage from BOG's point of view but an increased challenge from the hull durability point of view. For fulfilling the requisites of hull steel parts, the thermal analysis must execute. In this way, the ship's safety operation is ensured, and the material cost in the construction phase is optimized. The main aim of this thesis is to execute thermal analysis for the carrier’s steel structure. IMO’s IGC code is a driving force in LNG carriers' design. It can be stated that the IMO’s regulations are not given practical help for designers. The more specific guidelines are established from classification societies, and these guidelines are helping the designer to achieve the requirements. The main part of the thesis states that executing manual 1-D calculations is a good way to achieve the calculation boundaries for the CFD model. The results from the CFD simulations are reasonable and coherent with manual calculations. The used mesh resolutions did not show a significant effect on temperature distributions of the inner hull. Based on the results, the steel grade design could be executed by using these modeling tools. CFD calculations were executed with ANSYS student license. Tässä diplomityössä kartoitetaan numeerisen virtausdynamiikan käytettävyyttä LNG tankkerin rungon rakenteen lämpötilajakauman määrittämiseksi. Tutkimuksessa keskitytään membraani tyypin tankkiin, joka on nykypäivänä käytetyin eristystapa LNG:n kuljetuksessa. LNG:n kuljetus läpi arktisten alueiden altistaa rungon rakenteita erittäin kylmille lämpötiloille, koska lämpövirta ympäristöstä rungon rakenteisiin on vähäistä. Tämä voidaan nähdä selkeänä etuna syntyvän höyrystymishävikin kannalta, mutta haasteena terästen lämpötilasuunnittelussa. Jotta vaatimukset iskusitkeyden kannalta täyttyvät erittäin kylmänkin ympäristön lämpötiloissa, täytyy rungon rakenteelle tehdä kattavaa lämpötila-analyysi. Tällä turvataan aluksen turvallinen toiminta, sekä tehostetaan rakennusvaiheen materiaalikustannuksia. Diplomityön tavoite on tehdä LNG kuljetusaluksen teräsrakenteelle lämpötila-analyysi. Työn alussa käydään läpi LNG-tankkereiden runkojen teräsrakenteiden kansainvälistä sääntelyä ja todetaan IMO:n säätelevän suunnittelun isoimpia suuntaviivoja, mutta luokittelulaitosten ohjaus on huomattavasti tarkempaa laivansuunnittelijan näkökulmasta. Tutkimusosiossa todetaan manuaalisten laskujen olevan oivallinen tapa löytää sopivat yksinkertaistukset CFD-mallin rakentamiseen. Ansys-opiskelijalisenssillä onnistuttiin mallintamaan realistinen lämpötilajakauma tankkerin rungolle. Mallinnetut lämpötilajakaumat olivat koherentteja manuaalisesti laskujen kanssa. Tutkimuksessa käytetyillä menetelmillä voitaisiin määrittää tarvittavat teräslaadut aluksen rungolle. Master Thesis Arctic Arktis* LUTPub (LUT University) Arctic Tapa ENVELOPE(-51.967,-51.967,65.967,65.967) |