NET 논문 소개
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● 제목 : Assessment of MARS-KS Prediction Capability for Natural Circulation Flow in Passive Heat Removal System
● 저자 : Jehee Lee, Youngjae Park, Seong-Su Jeon, Ju-Yeop Park, Hyoung Kyu Cho
- □ 전세계적으로 신규 원전을 도입하는 국가가 늘고 있고, 동시에 다양한 차세대 원전이 개발되면서 원자력 발전소의 안전성에 대한 관심이 커지고 있다. 이로 인해 외부 전원의 공급 및 운전원의 개입이 없이도 발전소의 사고를 완화시키고 발전소의 안전성을 증진시킬 수 있는 다양한 형태의 피동안전계통이 개발 중이다.
- □ 피동안전계통은 일반적으로 중력과 밀도 차 그리고 열전달로 인해 발생하는 자연순환 유동을 이용해 작동되며, 따라서 계통 성능의 신뢰성 있는 예측을 위해서는 주요 열수력현상(단상/이상유동 압력강하 및 열전달 등)을 적절히 예측할 수 있어야 한다.
- □ 일반적으로 안전계통의 설계 및 안전해석, 성능 입증은 계통해석코드를 이용하여 수행되기 때문에, 본 연구에서는 계통해석코드의 피동안전계통 내 압력강하 및 자연순환 예측능력을 평가하고 피동안전계통 모델링 시 고려사항들을 제시하고자 수행되었다.
- □ 계통해석코드의 피동안전계통 압력강하 및 자연순환유동 예측능력 평가를 위해 코드는 MARS-KS로 선정하였으며, MARS-KS의 벽면 마찰로 인한 압력 손실 및 형상/기기에 의한 부수적 압력 손실 예측 방법에 대한 조사를 수행했다. 특히, 피동안전계통의 경우 낮은 유량으로 인해 완전난류가 아닌 층류/천이류에 대한 압력강하 예측능력도 요구되기 때문에 MARS-KS의 저유량조건 압력강하 예측식도 조사했다.
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□ 계통해석 코드 MARS-KS의 단상/이상 압력강하 및 자연순환 예측능력 평가를 위해 표와 같이 실험장치를 선정하고 MARS-KS의 예측능력을 평가했다.
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□ MARS-KS는 단상 압력강하에 대해서는 유동방향에 관계없이 오차범위 5% 이내의 준수한 예측능력을 보였다. 하지만 이상 압력강하는 유동 내 기포율에
따라 압력강하를 최대 30%까지 낮게 예측하는 것을 확인했다.
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□ MARS-KS의 단상 자연순환 예측능력을 평가했으며, 평가 결과 기존 모델링 방식으로는 실험보다 자연순환유량을 과도하게 예측하는
것을 확인했다. 이는 저유량조건에서 계통의 부수적 압력 손실을 낮게 예측하기 때문이기에, MARS-KS의 저유량조건 압력강하 예측할 수 있도록 옵션을 적용하여 재해석을 수행하였다.
그 결과, 실험과 유사한 범위에서 자연순환 유량을 예측하는 것을 확인했다.
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□ MARS-KS의 이상 자연순환 예측능력을 평가한 결과, 이상유동 압력강하를 낮게 예측하기 때문에 자연순환유량을 과도하게
예측하는 것을 확인했다. 따라서 이상유동 압력강하를 보정하여 재해석을 수행했고, 실험과의 오차가 크게 줄어드는 것을 확인했다.
- □ MARS-KS를 이용해 피동안전계통 종합효과시험장치인 PASCAL 시험 해석을 수행했다. 계통 내 기기에서의 압력강하와 유동조건을 고려하여 모델링을 수행할 경우, MARS-KS가 피동안전계통의 압력강하 및 자연순환유량을 적절히 예측할 수 있음을 검증했다.
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- □ 다양한 실험평가를 통해 MARS-KS의 단상/이상 압력강하 및 자연순환유동 예측능력을 평가했다. 본 연구 결과는 다양한 피동안전계통 모의 시 고려해야 되는 사항들에 대해 제시하고 있으며, 이를 통해 신규 안전계통의 성능 입증 및 안전 해석에 기여할 수 있을것이라 기대된다.
