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An experimental study on tank internal flow control for reducing rolling motion of LNG bunkering vessel. To reduce the rolling motion of the 5.1k LNG bunkering vessel with IMO C-type tanks, a new cylindrical tank has been developed.

연구필요성

LNG 벙커선에 주로 장착되는 탱크는 Independent IMO type C(이하 IMO type C) 탱크로 주로 중형 크기이다. 그러나 LNG 벙커선에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다.

Fig. 2 Ship To Ship(STS) LNG Bunkering

연구현황

기존 연구의 대부분은 직사각형 LNG 탱크 및 운반선에 대해 수행되었으나 Zhao, W. RAO 횡파의 횡파 운동과 마찬가지로 이전 연구와 마찬가지로 탱크 내 액체 적재율이 높을수록 피크가 낮아지는 것으로 나타났다. 탱크의 측면 이동 응답의 공진 주파수에 대한 값입니다. 공진 주파수가 저주파 영역으로 이동하는 경향이 있음을 알 수 있습니다. 2018) LNG 벙커링선의 독립형 B형 탱크의 스플래시 압력 측정에 관한 연구를 수행하였다.

연구내용

• 자유표면 경계조건
• 물체표면 경계조건
• 경계치 문제와 유체력
• 파강제력과 전달함수

자유표면의 경계조건과 마찬가지로 물체 SH 표면의 경계조건은 평균 위치에서 물체의 침지면 Sm 경계조건으로 변환될 수 있으며 ∇Φ는 식 (21)과 같이 쓸 수 있다. 테일러 전개에 의해. 위의 결과는 1차 경계값 문제로 분류될 수 있습니다.

Fig. 5 Coordinate System

횡동요 운동방정식의 유체력 계수

본 연구에서 개발한 탱크의 액체 적재율을 40%로 했을 때 선체의 프리롤 시험 결과는 Fig. 도 25는 실험에 사용된 모든 종류의 탱크에 대한 정파 시 선체롤 응답을 액체 적재율에 따라 나타낸 그래프이다. IMO Type C 탱크와 비교하면 일반 파도 시 선체롤 응답의 차이가 크지 않음을 알 수 있다.

본 연구에서 개발한 탱크를 장착한 선체는 IMO Type C 탱크를 장착한 경우에 비해 모든 액체 적재 수준에 대한 정상파중의 선체 응답이 감소한 것을 확인할 수 있으며, Fig. 26은 측면 흔들림 응답을 비교한 것이다. IMO Type C 탱크의 액체 적재 수준과 관련된 일반 파도 사이.

Fig. 8 Schematic of 2D wave basin

모형 실험

실험모형

본 연구의 핵심인 탱크 내부의 흐름이 선체의 측면 이동에 미치는 영향을 알아보기 위해 액체화물의 적재를 5가지 경우로 구분하였다. 실험에 사용된 탱크에 액체를 넣었을 때의 수위는 Fig. 본 연구에서는 기존 IMO Type C 탱크 설치로 인한 선체 측면 흔들림을 줄이기 위해 새로운 원통형 탱크를 설계하였다.

탱크 중앙에 세로방향으로 틸팅 배리어를 배치하여 내부 흐름을 억제함과 동시에 틸팅 홀을 형성하여 액체가 배리어를 좌우로 통과할 수 있도록 하여, 선체와 입사파에 대한 내부 흐름의 영향 위상차가 생성됩니다. 배수구의 크기에 따라 흐름 패턴이 달라지므로 배수구 면적이 서로 다른 탱크를 구성하고 변화하는 흐름 패턴을 관찰했습니다.

Fig. 10 Model of LNG bunerking vessel (a) front view; (b) 3D view;

실험조건

보다 정확한 계측을 위해 선체모형을 수조 중앙에 설치하였고, 벤치 하부에는 스펀지를, 상부에는 네트형 벤치를 사용하여 반사파의 영향을 최소화하였다. 정파의 롤링 응답 특성 비교 분석을 위한 입사파의 주파수 범위는 자유 롤링 테스트를 통해 얻은 모든 탱크 선체의 고유 주파수를 기반으로 계산되었습니다. 불규칙파에서의 선체롤 응답특성을 이해하기 위해서는 실제 해역을 기준으로 입사파 1000회에 대한 응답이 필요하다.

Fig. 16 Significant wave height and average wave period of Korea oceans

자유횡동요시험

이는 원통형 탱크의 횡방향 유체 흐름을 해석적으로 해석한 결과이다. 탱크 내부 유동으로 인해 액체 적재율이 증가함에 따라 선체의 고유진동수 부분이 변화하는 것을 알 수 있다.

Fig. 20 Roll free decay test of LNG bunkering vessel with 40% filled tank

규칙파 중 횡동요 응답

• 탱크 내 액체적재율에 따른 횡동요 응답 비교
• 탱크형식에 따른 횡동요 응답 비교

이는 탱크 내부 액체의 자유 표면 흐름 효과만으로는 선체 롤 감소에 큰 영향을 미치지 않음을 보여줍니다. 이때 공진점은 IMO Type C 탱크와 유사한 주파수 범위에서 형성되었다. 다양한 액체 충진율을 고려하면, 본 연구에서 개발된 탱크 중 개발된 3.77 탱크가 선체롤을 줄이는데 가장 효과적인 것을 확인할 수 있다.

이는 IMO Type C 탱크가 내부유동으로 인한 선체롤의 고유진동수의 움직임에 영향을 주지만 선체롤의 크기에는 거의 영향을 미치지 않음을 보여준다. 탱크 내 액체 충전량이 증가함에 따라 공진점이 저주파 구간으로 이동하는 것을 알 수 있습니다.

Fig. 22 Comparison of roll motion responses for 20% filled with different tanks

불규칙파 중 횡동요 응답

• 불규칙파 및 횡동요 응답비교의 시간이력
• 횡동요 응답의 스펙트럼 비교
• 횡동요 응답의 유의치 비교

42 다양한 충진율(=4.5m, T=9.5sec.)을 갖는 IMO 유형 C 탱크의 롤 운동 응답 스펙트럼 비교. 43 다양한 충진율(=4.5m, T=11.5sec.)을 갖는 IMO 유형 C 탱크의 롤 운동 응답 스펙트럼 비교. IMO Type C 탱크는 내부 액체 적재율에 따라 정파 하에서 유사한 횡이동 반응을 보이나, 개발된 3.77 탱크는 내부 액체 적재율이 80%일 때 다른 적재율에 비해 정파 하에서 더 큰 횡이동 반응을 보입니다.

개발된 3.77 탱크를 설치하면 국내 LNG 벙커터미널이 예정된 해역 내외항에서 파도 시 LNG 벙커선의 횡방향 움직임이 IMO Type C 탱크에 비해 작은 것으로 확인되었다. . 설치하고 운영합니다. 50 롤링 동작 비교 IMO type c 탱크의 롤링 모션이 중요하며 충진율이 다른 3.77 탱크를 개발했습니다.

Fig. 38와 Fig. 39은 실험에 사용한 불규칙파 유의파고 4.5m, 평균주기 9.5초, 11.5초의 시간이력이다.

결론

趙 孝治（1991）「渓流型浮体海洋構造物の応答特性に及ぼす多方向波の影響に関する研究」東京大学大学院工学系研究科海洋海洋工学専攻博士課程東京。