Mapping the thermophysical properties of LNG for marine propulsion

The Liquefied Natural Gas is considered an alternative to marine fuel for its low pollutant content and the stricter limits for emissions released by the International Maritime Organization in the last decades. The complexity in using LNG is related to the storage, the fuel system, and the “ageing” phenomenon, due to the fuel evaporation for some heat leaking into the reservoir. In this thesis a model has been developed, based on REFPROP’s GERG-2008 Equation of State implemented in REFPROP software (9.1 version), in order to assess the variation of conditions of the stored mixture, with a focus on the changing composition, that impacts the fuel’s quality, and the variation of thermodynamic properties. The aim of this thesis is to implement mapping routines with interpolation methods (using MATLAB) starting from gridded data by REFPROP, in order to create surfaces about a specific thermodynamic property as function of other two variable properties, or as function of the changing mixture composition. For each map random data by REFPROP and by interpolation method have been evaluated, analyzing the error between them and considering only values below 1% acceptable.

Il Gas Naturale Liquefatto è ormai concorrenziale nella propulsione navale per il ridotto contenuto di inquinanti e le norme stringenti degli ultimi decenni sulle emissioni dell’International Maritime Organization. La complessità nell’utilizzo di questo combustibile riguarda lo stoccaggio, la propulsione e il fenomeno di “ageing”, dovuto all’evaporazione di LNG per l’ingresso di calore nel serbatoio. Nel presente lavoro di tesi è stato sviluppato un modello, basato sull’equazione di stato GERG-2008 disponibile all’interno del software REFPROP (versione 9.1), per valutare la variazione delle condizioni di stoccaggio della miscela, con particolare attenzione alla variazione di composizione, che impatta sulla qualità del combustibile, e alla variazione delle proprietà termodinamiche. L’obiettivo è implementare mappature per interpolazione (tramite MATLAB) sulla base di una griglia di dati da REFPROP, per ottenere superfici relative ad una certa proprietà termodinamica in funzione della variazione di altre due proprietà oppure della composizione della miscela. Per ogni mappa sono stati calcolati dati random in REFPROP e attraverso l’interpolazione e si è valutato l’errore considerandolo accettabile sotto l'1%. Il metodo sviluppato apporta un deciso miglioramento dei tempi di tempi di calcolo, permettendo di calcolare le proprietà della miscela e le loro variazioni nel tempo con un significativo risparmio dei tempi di iterazione e delle risorse computazionali.