Investigation of inner support design and analysis on the cryogenic marine tank

Abstract

Bu tez çalışmasında gemilerde yakıt tankı olarak kullanılan kriyojenik tanklar için ara cidar destek parçaları tasarlanmıştır. Bu tanklarda yakıt olarak LNG kullanılmakla birlikte proses için ideal sıcaklık olarak -165 derece muhafaza edilmesi gerekmektedir. Dış atmosfer şartlarının oda şartları olduğu kabulünde aradaki sıcaklık farkından dolayı içerideki yakıt olarak ürünün buharlaşmaması en önemli konulardan biridir. Bu ısı transferini engelleyici bir etmen olarak düşünülen kompozit malzemeler bu çalışmada ara cidar destekleri olarak tasarlanmıştır. Seçilen kompozit malzemesi cam takviyeli kompozit malzeme yani G10 olmakla birlikte [+90], [+-45] ve [90/ +-45/ 90/ +-45/ 90] şeklinde üç farklı açıda içi boş silindirik parça olarak tasarlanmıştır. Termal etkilerden kaynaklı ve mekanik durumlardan dolayı oluşacak olan deformasyonlar ayrı olarak incelenmiş olup ilgili sınır şartlarına göre yeterlilikleri ortaya konmuştur. G10 kompozitin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için ASTM standartlarına uygun çekme testleri yapılmıştır. Bu çekme testlerinde iki farklı kalınlık kullanarak kalınlığın kompozit malzemelerdeki mühendislik sabitleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Testlerden elde edilen veriler literatürdeki sonuçlarla kıyaslanmış ve sonrasında destek parçası olarak kullanılacak malzemenin üç boyutlu modeli oluşturulup basma testi yapılarak model doğrulaması yapılmıştır. Model doğrulaması sonlu elemanlar yöntemiyle yapılmış olup ANSYS paket ACP modülü kullanılmıştır. Model doğrulama işleminden sonra standartlara uygun olarak hesaplanan kriyojenik tank modelleri üç boyutlu olarak oluşturulmuş ve kompozitlerle birleştirilmiştir. Elde edilen komple model, belirlenen sınır şartları altındaki etkileri incelenmiştir. Farklı açılardaki kompozit malzemelerin davranışları ve yeterlilikleri tablo halinde sunulmuştur.

In this thesis, intermediate wall support components were designed for cryogenic tanks used as fuel tanks in ships. These tanks utilize LNG as fuel, and it is necessary to maintain the ideal temperature of -165 degrees Celsius for the process. Considering the ambient conditions as room condition, preventing the fuel from vaporizing inside the tank due to the temperature difference is one of the most important aspects. Composite materials, which are considered as effective factors in preventing heat transfer, were designed as intermediate wall supports in this study. The selected composite material was glass reinforced composite, which is G10, and it has been designed as a hollow cylindrical part in three different angles: [+90], [+-45], and [90/ +-45/ 90/ +-45/ 90]. Deformations arising from thermal effects and mechanical conditions due to boundary conditions have been separately examined, and their adequacy has been determined according to the relevant boundary conditions. Tensile tests have been conducted in accordance with ASTM standards to determine the mechanical properties of the G10 composite. The effect of thickness on the engineering constants of composite materials was investigated by using two different thicknesses in these tensile tests. The obtained data from the tests were compared with the results in the literature, and subsequently, a three-dimensional model of the material to be used as a support component was created, and compression tests were performed for model validation. Model validation was carried out using the finite element method with the ANSYS software package and ACP module. After the model validation process, cryogenic tank models, which were calculated in accordance with the standards, were created in three dimensions and integrated with the composites. The comprehensive model obtained was examined under the determined boundary conditions. The behaviors and adequacies of composite materials at different angles were presented in tabular form.