극저온 저장용기의 내부압력 거동에 대한 비정상해석

Transient Analysis of Pressure Behavior of Cryogenics in Closed Vessel

극저온 물질의 저장용기가 외부로부터 일정한 열유속을 받을 때 저장용기내의 압력상승을 해석하였다. 저장용기는 원통형 축대칭이고 윗벽과 아래벽은 단열되었으며 열유속은 옆벽에서 받는다. 유한차분법을 이용하여 저장용기내의 자연대류현상을 해석하였으며, 대상물질로는 산소, 수소 및 질소를 대상으로 하였다. 액체는 비압축성 유체, 기체는 virial 상태방정식을 만족하는 것으로 가정하였다. 기체의 2차 virial 계수는 Lennard-Jones 모형으로부터 구했다. 저장용기내의 압력상승에 미치는 주요한 인자는 외부열유속과 저장용기벽의 열용량 그리고 기체의 초기 부피비였으며, 이들중 가장 중요한 변수는 외부열유속이었다. 산소에 대해 기체를 이상기체를 가정했을 때와 virial 상태방정식을 만족하는 기체로 가정했을 때의 압력차이를 비교했다.

Self-pressurization of cylindrical container of cryogen is numerically analyzed. The container is axi-symmetric and heated from side wall with constant heat flux. Natural convection by external heat flux is studied numerically using finite difference method. Oxygen, nytrogen and hydrogen are working fluids in this paper. Liquid is considered incompressible fluid and vapor is assumed to behave as gas meeting with virial equation of gas. The Second virial coefficients of gas are obtained from Lennard-jones model. The important variables which have effects on self-pressurization are external heat flux, heat capacity of wall and initial ullage in container. The most important variable of them is external heat flux. The pressure rise calculated from the virial gas model is slightly different from that calculated using Ideal gas model for oxygen.