열 네트워크와 열역학적 평형 기반 방법을 활용한 극저온 탱크의 장기 증발가스 예측

김민석; 윤재덕; 김민석; 이장현

doi:10.3744/SNAK.2025.62.2.134

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김민석 (인하대학교) 윤재덕 (인하대학교) 김민석 (인하대학교) 이장현 (인하대학교)

저널정보: 대한조선학회 대한조선학회 논문집 대한조선학회논문집 제62권 제2호(통권 제260호)

발행연도: 2025.4

수록면: 134 - 142 (9page)

DOI: 10.3744/SNAK.2025.62.2.134

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This study proposes an analytic model to predict boil-off gas (BOG) generation in cryogenic liquid storage tanks. The model simulates evaporation under isobaric conditions, where the liquid phase remains saturated, and the vapor phase is superheated. The simulation is divided into two stages: heat transfer analysis and thermodynamic response. In the first stage, a steady-state thermal network is developed to quantify heat ingress into the tank. This includes external heat convection, insulation conduction, and natural convection within the liquid and vapor phases. Additionally, heat transfer at the liquid-vapor interface is incorporated, calculating heat inputs to both phases. In the second stage, the liquid and vapor are modeled as lumped masses with uniform temperature in each phase. Their temperature variations and evaporation rates are analyzed based on heat inputs from the thermal network. The integration of steady-state heat transfer and dynamic thermodynamic responses allows for time-dependent predictions of evaporation behavior over extended periods. The model was validated using a 1.0 m³ liquid nitrogen storage tank, demonstrating close agreement with the BoilFAST model in predicting BOG generation, heat inputs, and vapor temperatures. This study provides a computationally efficient and reliable method for predicting long-term evaporation in cryogenic systems.

#Cryogenic Liquid Tank(극저온 액체 탱크) #Boil-off Gas(BOG, 증발가스) #Steady-State Thermal Network(정상 상태 열 네트워크) #Lumped Mass(집중 질량) #Thermodynamic Model(TDM, 열역학 모델) #Convective Heat Transfer(대류 열전달)

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