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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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원자력발전소 중대사고시 고온의 노심용융물은 원자로 공동으로 방출될 수 있다. 사전 충수된 냉각수와 방출된 노심용융물은 상호작용하여 냉각 및 파편화되며 바닥에 파편층을 형성한다. 파편층은 붕괴열을 지속적으로 방출하기 때문에 지속적인 냉각이 필수적이다. 파편층 냉각의 실패는 Molten Corium-Concrete Interaction(MCCI)을 일으켜, 격납건물의 건전성을 위협하고 방사성 물질의 외부 유출을 초래할 수 있다. 중대사고 완화 및 MCCI 방지를 위해 파편층 냉각은 매우 중요하다. Fuel-Coolant Interaction(FCI) 현상에서 노외로 방출된 고온의 노심용융물의 냉각과정은 Convection, Nucleate boiling, Transition boiling, Film boiling을 포함한 전체 비등 영역에서 발생하며, 급격히 열유속이 증가하는 Quenching이 일어날 수 있다. 노외 중대사고 현상에서 Quenching에 의한 노심용융물의 급격한 온도 감소는 파편층의 형성과 냉각에 영향을 미친다.
본 연구에서 STAR-CCM+를 사용하여 강제 유동 조건에서 단일 구 냉각에 대한 Quenching 실험을 모사하였다. 분석 결과의 검증을 통해 기존의 노심용융물 냉각 해석 코드에서 사용되는 열전달 모델의 제한사항을 극복하여 Transition boiling 영역을 고려한 비등 열전달 모델을 수립하였다. Computational Fluid Dynamics(CFD) 분석 결과는 실험과 동일한 온도 영역에서 Quenching이 발생하여 급격한 온도 감소가 일어나며, 실험에서 관찰되는 증기막의 붕괴 현상이 관찰된다.
파편층 형성 및 냉각 실험 장치인 DEFCON-S 실험을 모사하고 검증하였다. DEFCON-S의 비가열 실험 CFD 분석에서 입자 거동과 유체의 흐름을 해석하기 위해 입자와 유체 사이의 상호 작용 모델을 수립하고 실험 결과와의 비교를 통해 검증하였다. CFD 분석 결과는 실험 결과와 일치하였으며, 이를 통해 파편층 형성 CFD 모델의 유효성을 확인하였다. 상기 연구에서 수립된 비등 열전달 모델과 파편층 형성 CFD 모델을 통합하여 가열 조건의 DEFCON-S 실험에 대하여 CFD 분석을 수행하였다. 분석 결과에서 적용한 비등 열전달 모델에 의해 입자와 냉각수 간의 열전달로 증기가 생성된다. 또한, 생성된 증기에 의해 생성된 유동은 입자의 하강 및 파편층 형성 과정에 영향을 미친다. 분석에서의 이러한 현상은 실험과 동일하며, 실험과의 최종 파편층의 형상 비교를 통해 CFD 모델을 검증하였다.
본 연구를 통해 Transition boiling 영역을 포함하는 열전달 모델을 수립하고 비등을 동반한 노외 노심용융물 파편층 형성 및 냉각 CFD 모델을 개발하였다.
본 연구에서 STAR-CCM+를 사용하여 강제 유동 조건에서 단일 구 냉각에 대한 Quenching 실험을 모사하였다. 분석 결과의 검증을 통해 기존의 노심용융물 냉각 해석 코드에서 사용되는 열전달 모델의 제한사항을 극복하여 Transition boiling 영역을 고려한 비등 열전달 모델을 수립하였다. Computational Fluid Dynamics(CFD) 분석 결과는 실험과 동일한 온도 영역에서 Quenching이 발생하여 급격한 온도 감소가 일어나며, 실험에서 관찰되는 증기막의 붕괴 현상이 관찰된다.
파편층 형성 및 냉각 실험 장치인 DEFCON-S 실험을 모사하고 검증하였다. DEFCON-S의 비가열 실험 CFD 분석에서 입자 거동과 유체의 흐름을 해석하기 위해 입자와 유체 사이의 상호 작용 모델을 수립하고 실험 결과와의 비교를 통해 검증하였다. CFD 분석 결과는 실험 결과와 일치하였으며, 이를 통해 파편층 형성 CFD 모델의 유효성을 확인하였다. 상기 연구에서 수립된 비등 열전달 모델과 파편층 형성 CFD 모델을 통합하여 가열 조건의 DEFCON-S 실험에 대하여 CFD 분석을 수행하였다. 분석 결과에서 적용한 비등 열전달 모델에 의해 입자와 냉각수 간의 열전달로 증기가 생성된다. 또한, 생성된 증기에 의해 생성된 유동은 입자의 하강 및 파편층 형성 과정에 영향을 미친다. 분석에서의 이러한 현상은 실험과 동일하며, 실험과의 최종 파편층의 형상 비교를 통해 CFD 모델을 검증하였다.
본 연구를 통해 Transition boiling 영역을 포함하는 열전달 모델을 수립하고 비등을 동반한 노외 노심용융물 파편층 형성 및 냉각 CFD 모델을 개발하였다.
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