Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου
Σε αυτήν την εργασία πραγματοποιείται αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υδρογόνου. Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και οι δυσκολίες της αντικατάστασης της κηροζίνης από τις αερομεταφορές αλλά και οι τρόποι που το υδρογόνο θα χρησιμοποιηθεί από τα αερ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16370 |
| id |
nemertes-10889-16370 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nemertes-10889-163702022-09-05T14:04:20Z Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου Numerical thermomechanical analysis of a liquid hydrogen spherical storage tank Κανακάρης, Ανδρέας Kanakaris, Andreas Υδρογόνο Κρυογονική δεξαμενή Πεπερασμένα στοιχεία ANSYS Hydrogen Cryogenic tank Finite elements Σε αυτήν την εργασία πραγματοποιείται αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υδρογόνου. Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και οι δυσκολίες της αντικατάστασης της κηροζίνης από τις αερομεταφορές αλλά και οι τρόποι που το υδρογόνο θα χρησιμοποιηθεί από τα αεροσκάφη. Για την θερμική και μηχανική ανάλυση επιλέγεται δεξαμενή αλουμινίου, σφαιρικού σχήματος ενώ το καύσιμο βρίσκεται σε υγρή μορφή. Λόγω της μεγάλης θερμοκρασιακής διαφοράς του καυσίμου με το εξωτερικό περιβάλλον δημιουργείται η ανάγκη για αυξημένες προδιαγραφές μόνωσης. Αναλύεται ο τρόπος σχεδιασμού της δεξαμενής ώστε να λειτουργεί με επιτυχία σε κρυογονικές συνθήκες. Για τις μηχανικές αναλύσεις χρησιμοποιείται το πακέτο πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Για την παραμετρική μελέτη των φορτίων της δεξαμενής χρησιμοποιήθηκε ανάλυση STATIC STRUCTURAL. Εξηγούνται αρχικά, οι δυσκολίες που αντιμετώπιζε το μοντέλο στη διακριτοποίηση, εξαιτίας των πολύπλοκων γεωμετριών αλλά και οι συνοριακές συνθήκες που επιβάλλονται στο μοντέλο για την ακριβέστερη προσομοίωση των ρεαλιστικών συνθηκών. Αφού γίνει η επικύρωση του αρχικού μοντέλου ακολουθεί μια σειρά μοντέλων δεξαμενής με διαφορετικές φορτίσεις και σε διαφορετικά περιβάλλοντα λειτουργίας. Επιπλέον, πραγματοποιούνται γεωμετρικές τροποποιήσεις που συμβάλλουν στην μηχανική αναβάθμιση της κατασκευής. Η ανάλυση περιλαμβάνει τις κατανομές των κύριων τάσεων για κάθε δομή της κρυογονικής δεξαμενής. Υπολογίζονται τα περιθώρια ασφαλείας ως προς θραύση με συντελεστή ασφαλείας 1.5 και ως προς διαρροή με συντελεστή ασφαλείας 1.1, όπου αποτελούν χαρακτηριστικές τιμές για την αεροναυπηγική. Επίσης παρουσιάζεται η κατανομή της θερμοκρασίας παρουσία μονωτικού υλικού καθώς και οι διαφορά στην εντατική κατάσταση με θερμικά φορτία ή απουσία αυτών. In this study a numerical thermomechanical analysis of a hydrogen fuel storage tank is performed. The first section presents the advantages and difficulties of replacing kerosene by air transport and the ways that hydrogen will be used by aircraft. For the thermal and mechanical analysis, an aluminum tank is selected, spherical in shape, while the fuel is in liquid form. Due to the large temperature difference of the fuel with the external environment, the need for increased insulation specifications is created. The way the tank is designed to operate successfully in cryogenic conditions is analyzed. The ANSYS finite element package is used for mechanical analysis. STATIC STRUCTURAL analysis was used for the parametric study of tank loads. First, the difficulties faced by the model in the discretization are explained, due to the complex geometries. They are also explained the boundary conditions imposed on the model for the more accurate simulation of the realistic conditions. The validation of the original model is followed by series of tank models with different loads and in different operating environments. In addition, geometric modifications are made that contribute to the mechanical upgrade of the construction. The analysis includes the distributions of the maximum principal stresses for each structure of the cryogenic tank. The safety margins are calculated in terms of breakage with a safety factor of 1.5 and in terms of leakage with a safety factor of 1.1. these are the typical values for aeronautics. The temperature distribution is also presented in the presence of insulating material as well as the difference in the intensive state with and without thermal loads. 2022-07-04T09:36:49Z 2022-07-04T09:36:49Z 2022-07-04 http://hdl.handle.net/10889/16370 gr application/pdf |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υδρογόνο Κρυογονική δεξαμενή Πεπερασμένα στοιχεία ANSYS Hydrogen Cryogenic tank Finite elements |
| spellingShingle |
Υδρογόνο Κρυογονική δεξαμενή Πεπερασμένα στοιχεία ANSYS Hydrogen Cryogenic tank Finite elements Κανακάρης, Ανδρέας Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| description |
Σε αυτήν την εργασία πραγματοποιείται αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υδρογόνου. Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και οι δυσκολίες της αντικατάστασης της κηροζίνης από τις αερομεταφορές αλλά και οι τρόποι που το υδρογόνο θα χρησιμοποιηθεί από τα αεροσκάφη. Για την θερμική και μηχανική ανάλυση επιλέγεται δεξαμενή αλουμινίου, σφαιρικού σχήματος ενώ το καύσιμο βρίσκεται σε υγρή μορφή. Λόγω της μεγάλης θερμοκρασιακής διαφοράς του καυσίμου με το εξωτερικό περιβάλλον δημιουργείται η ανάγκη για αυξημένες προδιαγραφές μόνωσης. Αναλύεται ο τρόπος σχεδιασμού της δεξαμενής ώστε να λειτουργεί με επιτυχία σε κρυογονικές συνθήκες. Για τις μηχανικές αναλύσεις χρησιμοποιείται το πακέτο πεπερασμένων στοιχείων ANSYS. Για την παραμετρική μελέτη των φορτίων της δεξαμενής χρησιμοποιήθηκε ανάλυση STATIC STRUCTURAL. Εξηγούνται αρχικά, οι δυσκολίες που αντιμετώπιζε το μοντέλο στη διακριτοποίηση, εξαιτίας των πολύπλοκων γεωμετριών αλλά και οι συνοριακές συνθήκες που επιβάλλονται στο μοντέλο για την ακριβέστερη προσομοίωση των ρεαλιστικών συνθηκών. Αφού γίνει η επικύρωση του αρχικού μοντέλου ακολουθεί μια σειρά μοντέλων δεξαμενής με διαφορετικές φορτίσεις και σε διαφορετικά περιβάλλοντα λειτουργίας. Επιπλέον, πραγματοποιούνται γεωμετρικές τροποποιήσεις που συμβάλλουν στην μηχανική αναβάθμιση της κατασκευής. Η ανάλυση περιλαμβάνει τις κατανομές των κύριων τάσεων για κάθε δομή της κρυογονικής δεξαμενής. Υπολογίζονται τα περιθώρια ασφαλείας ως προς θραύση με συντελεστή ασφαλείας 1.5 και ως προς διαρροή με συντελεστή ασφαλείας 1.1, όπου αποτελούν χαρακτηριστικές τιμές για την αεροναυπηγική. Επίσης παρουσιάζεται η κατανομή της θερμοκρασίας παρουσία μονωτικού υλικού καθώς και οι διαφορά στην εντατική κατάσταση με θερμικά φορτία ή απουσία αυτών. |
| author2 |
Kanakaris, Andreas |
| author_facet |
Kanakaris, Andreas Κανακάρης, Ανδρέας |
| author |
Κανακάρης, Ανδρέας |
| author_sort |
Κανακάρης, Ανδρέας |
| title |
Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| title_short |
Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| title_full |
Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| title_fullStr |
Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| title_full_unstemmed |
Αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| title_sort |
αριθμητική θερμομηχανική ανάλυση σφαιρικής δεξαμενής αποθήκευσης καυσίμου υγρού υδρογόνου |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/16370 |
| work_keys_str_mv |
AT kanakarēsandreas arithmētikēthermomēchanikēanalysēsphairikēsdexamenēsapothēkeusēskausimouygrouydrogonou AT kanakarēsandreas numericalthermomechanicalanalysisofaliquidhydrogensphericalstoragetank |
| _version_ |
1771297262691942400 |
