NET 논문 소개
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● 제목 : Development of a new CVAP structural analysis methodology of APR1400 reactor internals using scaled model tests
● 저자 : 문종성, 진인성, 고도영, 김규형
● 원문 : NET, Volume 56, pp. 309–316, 2024
- □ 원자로내부구조물은 노심을 지지하고, 냉각수 흐름 경로를 제공하며, 원자로용기 내에서 제어봉과 노내계측기를 안내합니다. 원자로 냉각재의 유동 등 원자로의 운전은 구조적 진동을 유발할 수 있으므로, 원자로내부구조물은 정상 및 과도조건에서 이러한 진동을 수용할 수 있어야 합니다.
- □ 종합진동평가계획(Comprehensive Vibration Assessment Program)의 구조해석은 진동 하중에 대한 원자로내부구조물의 응답을 예측하는 것으로 그 방법론은 벤치마크 또는 다른 합리적 수단을 통해 입증되어야 합니다.
- □ 기존 APR1400 원자로내부구조물의 구조해석도 적절하다고 판단되는 방법론을 사용하고 있지만, 본 연구에서는 APR1400 원자로내부구조물에 대한 새로운 구조해석 방법론을 개발하고 축소모형 모드시험 및 유동시험의 벤치마크를 통해 그 적정성을 검증하였습니다.
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□ 본 연구에서 개발한 구조해석 방법론은 구조해석 모델링 방법론과 응답해석 방법론이며, 방법론의 검증을 위해 벤치마크 방법론 또한 개발되었습니다.
모델링 방법론의 검증을 위해 공기 중 단품, 공기 중 조립품 및 수중 조립품의 단계별로 모드해석과 모드시험의 고유진동수를 비교하였고, 응답해석 방법론의 검증을 위해 불규칙 난류, 와류, 펌프 맥동 및
유체탄성불안정에 대한 해석과 시험의 결과를 비교하였습니다.
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□ 축소모형은 전체 크기 원자로의 대부분 구조적 특성을 유지하고 1/7 축소비로 유동 상사의 법칙에 따라 유동유발진동을 상사할 수 있도록 축소하여 구성되었지만 매우 높은 회전수가 필요한 펌프의 상사는 모사되지 않았기 때문에 축소모형의 펌프 회전수에 따른 응답을 해석하여 비교검증하였습니다.
- □ 새로운 구조해석 모델링 방법이 기존 방법론과 다른 점은 동수력학적 영향을 보다 정확히 고려하기 위해 솔리드 요소 사이에 음향 유체요소를 직접 배치시켰으며, 구조물간의 상호작용을 고려하기 위해 원자로용기를 포함한 모든 원자로내부구조물을 하나의 모델에 포함하여 전체 모델을 구성했다는 점입니다.
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□ 유동시험 결과를 분석하기 위해 다양한 방법을 통해 측정자료를 분석하였는데, 유량을 60~120% 사이의 여러 조건으로 나누어 유동시험을 비교함으로써 불규칙적 하중에 대한 응답과 주기적 하중에 대한 응답의 구분이 용이할 수 있었습니다.
- □ 구조해석 모델의 주요 고유진동수는 모드시험과 일치된 모드에서 시험 결과와 유사한 결과를 보였으며, 응답해석의 결과는 유동시험의 결과보다 보수적인 것으로 나타났습니다. 불규칙 난류하중에 대한 응답해석의 보수성은 난류하중 크기 및 상관면적, 하중의 동시성, 감쇠비 등의 보수성에 기인한 것으로 보이며, 펌프 맥동하중에 대한 응답해석의 보수성은 다중 펌프 하중 적용 및 주파수 확장의 보수성 등에 기인한 것으로 보입니다.
- □ 본 연구의 구조해석 방법론은 RG 1.20, Rev.4에 부합되도록 개발되었으며 축소모형 시험보다 보수적인 것으로 나타났지만 재료 응력의 허용범위 내에 있다면 실제 크기의 설계에도 적용 가능할 것으로 판단됩니다.
