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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 주영상
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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소듐냉각고속로는 재처리된 연료를 사용하여 한정된 우라늄 자원을 효율적으로 활용하고, 경수로에서 발생하는 고준위 사용 후 핵연료 물질을 연소시켜 영구 처분량을 감소시킬 수 있는 차세대 원자로이다. 소듐냉각고속로의 중간열교환기는 노심에서 발생한 열을 일차열전달계통 소듐으로부터 중간열전달계통 소듐으로 전달하는 대향류 방식의 열교환기이며, 방사능을 띄는 일차열전달계통 소듐을 비방사능의 중간열전달계통 소듐과 격리시켜 방사성 소듐을 격납경계 내부로 고립시키는 물리적 방벽 기능을 제공한다.
한국원자력연구원에서는 개발하고 있는 PGSFR (Prototype Gen-IV Sodium-cooled Fast Reactor)의 열교환기 설계를 위해 1차원 설계 및 성능해석 코드인 SHXSA 코드를 개발하였으며, 이 코드를 검증하기 위한 여러 연구가 진행되었다. 연구 진행 중 1차원 코드에서는 확인할 수 없는 국부적 온도 불균일로 인한 문제가 제기되었고, 이를 확인하고 해결방안을 찾기 위해 3차원 CFD 해석이 수행되었다. 전열관지지판만 porous baffle interface로 계산하고 나머지 전체 형상을 반영한 해석을 수행하여 해석의 정확성을 높였으며, CFD 해석 결과는 실험결과와 비교하여 해석의 신뢰성을 확보하였다.
온도불균일 문제를 해결하기 위해 CFD 해석 결과를 분석하여 유동혼합기를 설계하였다. 유동혼합기 설계로 인해 전열관 출구영역의 내/외벽 온도차이를 42%, 최대 열응력을 45%로 줄여 구조건전성 및 설계 여유도를 확보할 수 있었다.
한국원자력연구원에서는 개발하고 있는 PGSFR (Prototype Gen-IV Sodium-cooled Fast Reactor)의 열교환기 설계를 위해 1차원 설계 및 성능해석 코드인 SHXSA 코드를 개발하였으며, 이 코드를 검증하기 위한 여러 연구가 진행되었다. 연구 진행 중 1차원 코드에서는 확인할 수 없는 국부적 온도 불균일로 인한 문제가 제기되었고, 이를 확인하고 해결방안을 찾기 위해 3차원 CFD 해석이 수행되었다. 전열관지지판만 porous baffle interface로 계산하고 나머지 전체 형상을 반영한 해석을 수행하여 해석의 정확성을 높였으며, CFD 해석 결과는 실험결과와 비교하여 해석의 신뢰성을 확보하였다.
온도불균일 문제를 해결하기 위해 CFD 해석 결과를 분석하여 유동혼합기를 설계하였다. 유동혼합기 설계로 인해 전열관 출구영역의 내/외벽 온도차이를 42%, 최대 열응력을 45%로 줄여 구조건전성 및 설계 여유도를 확보할 수 있었다.
목차
Ⅰ. 서 론 ································································ 11. 연구 배경 ······················································ 32. 연구 목적 ······················································ 6Ⅱ. 수치해석 기법 ····················································· 111. 지배방정식 ····················································· 132. 격자판 모사 기법 ············································ 15Ⅲ. 중간열교환기 열유동 해석······································ 231. 해석 영역 및 경계 조건 ··································· 262. 해석 격자 ······················································ 293. 해석 방법 및 물성치 설정 ································ 324. 해석 결과 ······················································ 36Ⅳ. 유동혼합기 설계 ················································· 471. 예비 해석 ······················································ 532. 유동혼합기 설치 전 후 비교 ····························· 55Ⅴ. 결 론 ································································ 65참고문헌 ···························································· 70
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