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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 17
제2장 국내외 기술 개발 현황 20
제1절 페블 베드 열유동 분석 20
제2절 나노 스케일 안전관련 이상 유동 분석 25
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 27
제1절 페블 베드(Pebble Bed) 열유동 분석 27
1. 페블 베드 열유동 분석을 위한 시스템 설계 32
2. 실험 장치 구상 및 전산 해석 연구 40
3. 고온 페블 유동장 측정을 위한 풍동 설계 및 제작 56
4. 3차원 유체 속도장 측정 도구 개발 74
5. 페블 베드 속도장 측정 및 분석 98
6. 페블 표면 온도 측정 결과 116
7. 페블 베드 열유동 분석에 대한 결론 및 토론 120
제2절 나노 스케일 안전 관련 이상 유동 분석 121
1. 열전도도 측정 회로 및 센서 121
2. 나노유체 제조 124
3. 비등실험장치 126
4. 나노 유체에서의 기포 크기와 이탈 빈도 129
제4장 목표달성도 및 관련분야의 기여도 159
제5장 연구개발결과의 활용계획 161
제6장 참고문헌 162
부록 A 페블베드 풍동실험장치 설계도면 166
표 2.1.1. HTGR의 선진 연구 사례 22
표 2.1.2. 국내외 연구 수준 22
표 3.1.1. HTGRs의 발전사 28
표 3.1.2. PBMR-250MW 사양표 32
표 3.1.3. 시뮬레이션 메쉬 정보 32
표 3.1.4. 실험 조건 계산 결과 42
표 3.1.5. PBMR-250MWth의 열적 특성 43
표 3.1.6. 열유속 계산시 고려할 변수 45
표 3.1.7. 덕트 구성표 48
표 3.1.8. 엘보의 설치 유무에 따른 풍동의 실험 결과 65
표 3.1.9. 풍동 내 속도 분포 (엘보 미설치) (m/s) 66
표 3.1.10. 풍동 내 속도 분포(엘보 설치) (m/s) 66
표 3.1.11. Graphite와 Brass의 열전도도 69
표 3.1.12. 히터의 출력 전력 사양 69
표 3.1.13. 알고리즘 결과 데이터 85
표 3.1.14. Photron-FASCAM Ultima-512의 초고속 카메라 사양 86
표 3.1.15. Power-LED 사양 88
표 3.1.16. 속도 측정 시스템 조건 98
표 3.2.1. 전도성 프로브 센서의 특성 137
그림 2.1 1. BCC격자 속도장 측정 결과 (Hassan, Texas A&M Univ.) 23
그림 2.1.2. 시뮬레이션 형상조건에 따른 표면 속도 분포 (SNU) 24
그림 3.1.1. 세계의 HTGR의 모습들 28
그림 3.1.2. PBR의 개괄적 개념도 29
그림 3.1.3. PBR 연료 구체 (PBMR Ltd.) 30
그림 3.1.4. 연료 구체의 구성 개념도 31
그림 3.1.5. FCC격자 시뮬레이션 메쉬 33
그림 3.1.6. 시뮬레이션 결과 스트림라인 34
그림 3.1.7. 페블 표면 부근 속도 분포 35
그림 3.1.8. 페블 표면 압력 분포 35
그림 3.1.9. 페블 표면 온도 분포 36
그림 3.1.10. 페블 격자 속도 벡터 37
그림 3.1.11. 표면 부근 속도 그래프 38
그림 3.1.12. 페블 표면 압력 그래프 39
그림 3.1.13. 페블 표면 온도 그래프 39
그림 3.1.14. 헬륨가스 점성계수(Viscosity of He as =250K~1000K) 41
그림 3.1.15. 연료구의 구조 43
그림 3.1.16. 실험 시스템의 개념도 46
그림 3.1 17. 덕트 시스템 단순화 47
그림 3.1.18. (a) 풍동 유동 분포 시뮬레이션 스트림 라인(코너 날개 없음) 50
그림 3.1.18. (b) 풍동 유동 분포 시뮬레이션 속도 분포 (코너 날개 없음) 51
그림 3.1.19. (a) 풍동 유동 분포 시뮬레이션 스트림 라인 (코너 날개 2개) 52
그림 3.1 19. (b) 풍동 유동 분포 시뮬레이션 속도분포 (코너 날개 2개) 53
그림 3.1.20. (a) 풍동 유동 분포 시뮬레이션 스트림 라인 (코너 날개 3개) 54
그림 3.1.20. (b) 풍동 유동 분포 시뮬레이션 속도분포(코너 날개 3개) 55
그림 3.1.21. 축류 곡선 60
그림 3.1.22. 풍동 전체 단면 61
그림 3.1.23. 송풍기 DTB-3803 380V/1900W 62
그림 3.1.24. 측정부 63
그림 3.1.25. 풍동 시스템 완성 사진 64
그림 3.1.36. 풍동 유동의 속도 분포도 (코너 날개 없음) (m/s) 67
그림 3.1.27. 풍동 유동의 속도 분포도 (코너 날개 2개) (m/s) 67
그림 3.1.28. 풍동 출구의 속도 프로파일 68
그림 3.1.29. 히터와 열전대 삽입을 위한 황동구 가공 구상도 70
그림 3.1,30. 열전대 삽입을 위한 홀 가공 70
그림 3.1.31. 히터와 열전대 삽입 모습 71
그림 3.1.32. 열전대와 히터 삽입 후 완성된 황동구 71
그림 3.1.33. 베크라이트 틀 내 FCC 형태의 페블 삽입 개념도 72
그림 3.1.34. 테스트 섹션 15T 베크라이트 틀 73
그림 3.1.35. 황동구와 히터의 삽입 73
그림 3.1.36. 테스트 섹션 내 황동구 삽입 73
그림 3.1.37. PIV의 시스템에 대한 개략도 75
그림 3.1.38. 이미지 좌표의 matrix화 77
그림 3.1.39. 조사 영역의 영역 분할 78
그림 3.1.40. Normalized Cross-Correlation 80
그림 3.1.41. Cross-Correlation 계산 예 81
그림 3.1.42. Direct Cross-Correlation 계산 알고리즘 개념도 82
그림 3.1.43. Standard Image of Particle Image Velocimetry 84
그림 3.1.44. 알고리즘 결과 비교 84
그림 3.1.45. Photron-FASCAM Ultima-512 high speed camera 86
그림 3.1.46. 초고속 카메라의 CCD Sensitivity (RGB) 87
그림 3.1.47. Power LED 광원 모듈 89
그림 3.1.48. Power-LED 모듈 테스트 89
그림 3.1.49. 적외선 레이저 다이오드 Brightlase Ultra-50 90
그림 3.1.50. 적외선 레이저 빔 스크린 테스트 자료 91
그림 3.1.51. PIV 시스템 92
그림 3.1.52. 황동구 및 열전대 삽입 94
그림 3.1.53. 히터 컨트롤 패널 95
그림 3.1.54. 열전쌍 오차 테스트 결과 그래프 96
그림 3.1.55. 온도 측정 장치 개념도 97
그림 3.1.56. Agilent34970A 구성 및 열전쌍과 포트 연결 97
그림 3.1.57. 속도장 1 (0초~0.01초) 99
그림 3.1.58. 속도장 2 (0.04초~0.05초) 100
그림 3.1.59. 속도장 3 (0.08초~0.09초) 101
그림 3.1.60. 속도장 4 (0.12초~0.13초) 102
그림 3.1.61. 페블 표면 부근 유속 분석 위치 103
그림 3.1.62. 유속 그래프(0sec ~ 0.01sec) 104
그림 3.1.63. 유속 그래프(0.04sec ~ 0.05sec) 105
그림 3.1.64. 유속 그래프(0.08sec ~ 0.09sec) 106
그림 3.1.65. 유속 그래프(0.12sec ~ 0.13sec) 107
그림 3.1.66. 페블 표면 부근(2.5mm지점)에서의 유속 분포 그래프 109
그림 3.1.67. BCC 격자구조에서 페블 표면 온도 분포 (J.J. LEE et al) 110
그림 3.1.68. 연료 표면의 온도 (J.J. LEE et al) 111
그림 3.1.69. 격자 공간 내 유속 분석 위치 112
그림 3.1.70. 격자 공간 내부 유속 분포 그래프 (라인 a) 113
그림 3.1.71. 격자 공간 내부 유속 분포 그래프 (라인 b) 113
그림 3.1.72. 격자 공간 내부 유속 분포 그래프 (라인 c) 114
그림 3.1.73. 격자 공간 내부 유속 분포 그래프 (라인 d) 114
그림 3.1.74. 격자 공간 내부 유속 분포 그래프 (라인 e) 115
그림 3.1.75. 테스트 섹션 내 열전쌍 삽입 도면 116
그림 3.1.76. 냉각하지 않은 경우 정상 상태의 페블 표면온도 (5시간 가열) 118
그림 3.1.77. 20℃ 공기로 3시간 냉각 후 정상상태의 페블 표면 온도 119
그림 3.2.1. Hot-wire probe 상세도면(ANSYS) 122
그림 3.2.2. 나노유체의 열전도도 측정 센서 장치의 개략도 123
그림 3.2.3. 5, 10nm TiO2 나노유체별 pH 값에 따른 침전량 124
그림 3.2.4. 0.35vo1%의 35nm Al203의 pH 값에 따른 침전량 125
그림 3.2.5. 풀비등 실험 장치의 전기적 배선에 대한 개념도 126
그림 3.2.6. 풀 비등 실험장치 전체 도면도 127
그림 3.2.7. 풀비등 실험장치 실제 모습 128
그림 3.3.8. Four probe sensor 기본 개념도 130
그림 3.2.9. 노치 표면 부근의 나노입자의 형태 132
그림 3.2.10. 실측에 사용된 Four sensor probe의 센서 팁 134
그림 3.2.11. 실측에 사용된 Four sensor probe의 개략도 (SS pin D=0.12mm) 135
그림 3.2.12. Double Probe Conductivity Sensor의 AC 회로도 138
그림 3.2.13. Double Probe Conductivity Sensor의 AC 회로 구현 139
그림 3.2.14. Four Probe Conductivity Sensor에 사용되는 DC 회로도 140
그림 3.2.15. Four Probe Conductivity Sensor의 DC 구현 140
그림 3.2.16. Four Conductivity Probe를 이용한 실시한 기포 신호 측정 실험 장치 142
그림 3.2.17. Four Conductivity Probe을 이용한 데이터 획득 과정 143
그림 3.2.18. 오실로스코프 내 기포 신호 실측과 데이터 생성 145
그림 3.2.19. 풀비등과 Four probe sensor DAQ의 Labview 프로그램 146
그림 3.2.20. 풀 비등 실험장치 내 Four Conductivity Probe sensor의 설치 148
그림 3.2.21. 물의 f와 Db(이미지참조) 관찰 지점 149
그림 3.2.22. 물의 f와 Db(이미지참조)의 관련성 150
그림 3.2.23. 물과 TiO2 나노유체의 기포 이탈 빈도 비교 152
그림 3.2.24. TiO2 코팅 표면과 매끈한 표면에서의 기포 이탈 빈도에 대한 비교 관찰을 위한 비교 조건의 위치 154
그림 3.2.25. TiO2 코팅 표면과 매끈한 표면에서의 기포 이탈 빈도에 대한 비교 155
그림 3.2.26. 매끈한 표면에서 물의 풀 비등 현상 156
그림 3.2.27. 5nm TiO2 코팅 표면의 풀 비등 현상 (1~6) 157
그림 3.2.28. 5nm TiO2 코팅 표면의 풀 비등 현상 (7~12) 158
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