저열유속에서 상변화를 수반하는 메탄의 유동거동특성 = The Flow Behavior Characteristics of Methane with Phase Change at Low Heat Flux

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

국문 초록 (Abstract)

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.

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