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보고서 요약서
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SUMMARY
Contents
목차
제1장 서론 14
제1절 연구개발의 배경 14
제2절 기존 비등 모델의 취약점 16
제3절 연구개발의 필요성 18
1) 다양한 크기의 기포 거동을 평가할 수 있는 2상 유동 해석 기법 개발 18
2) 기포율이 높은 가열면에 대한 벽면 비등 열전달 해석 모델 개발 20
제4절 연구개발의 최종 목표 및 내용 22
1. 연구개발의 최종 목표 22
2. 연구개발 추진 체계 23
3. 연차별 연구 목표 및 내용 24
제2장 국내외 기술개발 현황 25
1) Argonne National Laboratory(미국) 26
2) EDF(프랑스) 26
3) Idaho National Engineering and Environmental Laboratory(미국) 27
4) 한국해양대학교(한국) 27
5) 경희대학교(본 연구 그룹) 28
제3장 연구개발 내용 및 결과 30
제1절 개요 30
제2절 신규 벽면 비등 열전달 해석 모델 예비 수립 31
1. Hybrid Multi-Phase 해석 기법 31
2. 슬러그 기포 비등 열전달 모델 개발 38
제3절 예비 해석 모델에 대한 Benchmark 해석 수행 42
1. Benchmark 해석 대상 실험 개요 42
2. 수치해석 방법 및 조건 44
3. Benchmark 해석 수행 결과 49
4. 신규 벽면 비등 열전달 모델의 적용성 평가 56
제4절 연구방법론 타당성 평가 58
제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 60
제1절 세부 연구 목표 달성도 60
제2절 관련 분야 기여도 61
제5장 연구개발 결과의 활용계획 62
제1절 추가 연구의 필요성 62
제2절 연구개발 성과의 활용 방안 63
참고문헌 65
그림 1. 과열 벽면에서 발생하는 과냉 비등 현상 14
그림 2. 역학적 벽면 비등 모델(Mechanistic Wall Boiling Model) 15
그림 3. 고온의 하향 경사면에서 슬러그 기포의 형성 메커니즘 16
그림 4. 원자력발전소 내 슬러그 기포를 동반하는 주요 비상냉각 시스템들 17
그림 5. Hybrid Multi-phase 해석 기법의 2상 유동 모델링 컨셉 19
그림 6. 슬러그 기포의 영향이 고려된 신규 벽면 비등 열전달 모델 개발 컨셉 20
그림 7. 연구 개발의 필요성 21
그림 8. Hybrid multi-phase 모델을 이용한 3상(공기-오일-물) 혼합기 유동해석 결과 26
그림 9. 복합 다상 유동 해석 기법을 이용한 gas plume 해석 결과 26
그림 10. 하향 반구 비등 열전달 실험 장비 및 주요 해석 결과 27
그림 11. 하향 가열면의 유동 비등 특성 실험 장치 및 슬러그 기포 가시화 결과 27
그림 12. 적외선 가시화 기법을 이용한 비등표면의 액체-기체 상분포 측정 기법 개요 28
그림 13. 전반사 적외선 열화상 기법의 동시 측정을 통한 비등표면 액체-기체 상분포 및 온도분포 측정기법 개요 28
그림 14. 전반사–적외선 열화상 기법의 동시 측정을 통한 비등표면 액체-기체 상분포 및 온도분포 측정 결과 28
그림 15. 단일기포의 형상, 비등표면의 상분포, 미세액막층, 표면 온도 및 열유속분포 측정 결과 29
그림 16. 비등표면의 각도변화에 따른 기포발생 및 병합 현상 관찰 결과 29
그림 17. 2상 유동 해석 모델 : 분산류 해석모델 & 계면추적 모델 31
그림 18. Hybrid Multi-phase 해석기법의 모델링 컨셉 31
그림 19. LSI 모델의 Blending Weight Function 35
그림 20. HRIC, TVD, ADIS의 LSI 계면 평가 결과 비교 36
그림 21. 채널 내부의 공기-물 이상유동에 대한 Hybrid Multi-Phase 해석기법 적용 해석 결과 37
그림 22. 2상 유동 양식에 따른 가열 벽면 분할 방식 개념도 38
그림 23. RPI 모델의 핵비등 열전달 모델링 방식 39
그림 24. 다중 스케일 비등 열전달 모델의 벽면 열속 분할 방식 40
그림 25. Kim et. al.의 하향경사면 비등 열전달 실험 장비 개략도 43
그림 26. 유동채널 내 이상유동 가시화 실험 결과 43
그림 27. 열속에 따른 하향 가열면의 과열도 실험 결과 44
그림 28. 해석 영역의 형상 및 주요 경계 조건 44
그림 29. 격자 민감도 평가 결과 45
그림 30. 모델-실험 간 액막두께 평가 결과 비교 46
그림 31. 슬러그 기포 기적 액막의 두께 민감도 평가 결과 46
그림 32. 시간에 따른 벽면 과열도의 변화 거동 평가 결과 48
그림 33. 임의의 순간(t=3s)에 평가된 해석영역 내부의 체적분율 분포 50
그림 34. 임의의 순간(t=3s)에 평가된 해석영역 내부의 유속 벡터 분포 51
그림 35. 임의의 순간(t=3s)에 평가된 해석영역 내부의 체적분율 분포 및 가열면의 과열도 분포 52
그림 36. 실험-해석 간의 슬러그 기포의 크기 및 속도 평가 결과 비교 54
그림 37. 실험-해석 간의 히터 표면 과열도 분포 평가 결과 비교 55
그림 38. IVR-ERVC 대상 신규 비등열전달 모델의 적용성 평가해석 결과 56
그림 39. 코어캐처 대상 신규 비등열전달 모델의 적용성 평가해석 결과 57