• 에너지공학
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• 제27권4호
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• pp.27-35
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• 2018

피동원자로건물냉각계통(PCCS)은 사고 발생 시 원자로건물로 방출된 열을 제거하여 원전의 건전성을 보장하기 위해 설계되었다. PCCS의 열제거 성능은 증기-공기 혼합물의 응축열전달에 의해 결정된다. 본 연구에서는 응축열전달계수의 예측 정확도를 향상시키기 위해 새로운 상관식을 이식한 MARS-KS 코드를 사용하여 PCCS의 열제거 성능을 평가하였다. MARS-KS 코드에 사용된 새로운 상관식은 압력, 벽면과냉도, 비응축성 기체 질량분율 및 응축튜브의 종횡비와 같은 열전달계수에 영향을 미치는 변수들을 이용하여 개발하였고, 이는 MARS-KS코드의 기본 응축 모델인 Colburn-Hougen 모델을 대체하여 적용되었다. 대형파단 냉각재상실사고 발생 시 PCCS의 운전에 따른 다양한 열수력학적 변수들을 분석하였고, 열제거 성능 평가를 위해 새로운 상관식이 적용된 MARS-KS 코드의 원자로건물 압력거동 계산결과와 기존의 응축모델을 이용한 해석결과를 비교하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.465-465
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• 2014

증식블랑켓모듈(TBM, Test Blanket Module)을 개발하여 왔다. 이 두 증식블랑켓모듈은 모두 헬륨냉각을 기반으로 개발 되어왔으며 이에 따라, 헬륨순환기, 헬륨히터 및 헬륨열교환기 등에 대한 기본적인 연구가 수행되었다. 이후 2012년 고체형 증식블랑켓모듈을 ITER TBM 개념으로 주도하기로 결정함에 따라, HCCR (Helium Cooled Ceramic Reflector) TBM의 보조계통인 하나인 헬륨냉각계통(HCS, Helium Cooling System)에 대한 개발이 본격적으로 이루어졌다. 한국원자력연구원에서는 HCCR TBM의 냉각성능을 만족하기 위하여 8 MPa, 1.5 kg/s 및 $300/500^{\circ}C$ (입구/출구 온도)의 운전조건을 갖는 헬륨냉각계통의 설계를 완료하였다. 설계된 헬륨냉각계통은 HCCR TBM에서 회수된 약 $450^{\circ}C$의 헬륨을 열회수기(recuperator)기와 냉각기를 통해 상온으로 냉각시킨 후, 필터를 통해 헬륨을 여과시킨다. 여과된 헬륨은 헬륨순환기에 의해 가압되어 열회수기를 다시 지나 $300^{\circ}C$ 이상으로 가열된다. 가열된 헬륨은 열회수기를 지나지 않는 상온의 헬륨과 혼합되어 최종적으로 HCCR TBM의 입구온도 조건인 $300^{\circ}C$로 맞추어 HCCR TBM에 공급된다. 이러한 열회수기 중심으로 '${\infty}$' 모양의 자가 교차로 설계된 헬륨냉각계통은 고온영역과 저온영역으로 냉각회로를 구분하여 순환기, 필터 및 각종 계측기의 운전온도 환경을 상온으로 유지시킬 수 있어 운전 및 유지보수 관점에서 이점이 있다. HCCR TBM의 헬륨냉각계통 설계 및 핵심 기기를 실증하고, 운전 경험을 쌓기 위하여 헬륨공급장치(HeSS, Helium Supply System)를 헬륨유량기준 1/3 규모(0.5 kg/s)로 구축하였으며, '14년까지 HeSS를 실증규모로 업그레이드 하기 위하여 80기압 환경에서 압축비 1.1, 유량 1.5 kg/s의 성능을 내는 헬륨순환기를 설치할 예정이다. 현재 구축된 1/3 규모 HeSS는 국내 구축된 전자빔 고열부하 시험 장비인 KoHLT-EB (Electron Beam)와 연계되어 HCCR TBM의 일차벽(플라즈마 대향부품)을 검증할 예정이며, 이를 통해 얻어진 열수력 DB는 현재 개발중인 핵융합로 안전해석코드인 GAMMA-FR 검증에 활용될 계획이다.

• 플랜트 저널
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• 제15권1호
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• pp.25-30
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• 2019

본 연구에서는 배관 곡관부의 유동가속부식을 일으키는 인자 중 수력학적 인자인 유동형태 변경에 따른 영향을 분석하고 부식을 저감시키는 연구를 추진하였다. 열전달과 물질전달, 물질전달과 유동가속부식의 상사성에 대해 이론적 분석을 통해 확인하고 상용 수치해석 프로그램을 이용하여 국소대류열전달계수를 해석함으로써 곡관부의 물질전달 특성에 대해 고찰하였다. 곡관부 상류의 직관부 내표면 안쪽과 바깥쪽에 요철을 설치하였을 때 최대 국소열전달계수는 기본유동에 비하여 현저히 감소하여 요철의 위치와 형태에 따라 차이가 있으나 24.9%까지 감소함을 확인하였으며, 곡관부 상류의 직관부에 가인드 베인을 삽입하면 가이드 베인에 의한 배관 내측면적 크기에 따라 차이가 있으나 최대 국소열전달계수가 기본유동에 비해 12.5%까지 감소함을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.535-543
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• 2022

실리콘 카바이드 입자(평균 입도 123 ㎛)의 유동층 태양열 흡열기의 성능 및 효율에 영향을 미치는 입자 거동 해석을 위해 MP-PIC 모델을 이용하여 전산모사를 수행하였고, 기존 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 특히, 본 연구에서는 실험적으로 접근하기 어려운 유동층 표면 부근에서의 거동을 모사함으로써 흡열 성능과 입자 거동과의 상호 영향을 분석하였다. CPFD 모사결과는 입자층 및 프리보드에서의 평균 고체체류량과 압력요동 등 수력학적 특성 실험결과를 잘 예측하였다. 입자 흡열기에서 1차적으로 태양열 에너지를 흡수하여 층 내부로 전달하는 층 표면 부근에서의 국부 고체체류량은 입자층 내 기포거동에 따라 중심부에서 상대적으로 낮은 값을 나타내는 불균일 분포를 나타내었다. 프리보드 영역에서 국부 고체체류량은 기체속도가 증가할수록 축방향과 각 높이에서의 횡방향에서 불균일성이 증가하였고, 이는 입자 흡열기의 프리보드 영역 내 비산된 입자에 의해 반사된 태양광 에너지 손실과 연관된 압력강하 상대표준편차 증가의 원인임을 나타내었다. 입자 흡열기 내 기체속도 증가에 따른 국부적인 기체 및 입자 속도의 변화에 대한 고찰을 통해, 유동층 내 국부적인 입자거동 특성은 Geldart B 입자 물성과 관련된 입자층 내 기포 거동과 밀접하게 연관됨을 확인하였다. 유동층 입자 흡열기의 성능 척도인 일사량 당 유동기체의 출입구 온도차(∆T/I_DNI)는 입자 층 표면 및 표면 상부 프리보드 영역 내 압력요동 RSD와 상관관계가 매우 높음을 확인하였고, 이 결과는 흡열기 성능 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권6호
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• pp.811-824
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• 1995

CANDU 핵연료봉의 휨 열적 휨 멘트와 수력학적 견인력 및 기계적 하중에 기인하는 휨 모멘트에 의하여 일어난다. 여기서, 연료봉 휨은 연료봉 축방향 중심선으로부터의 측면 처짐으로 정의한다. 본 논문에서는 연료봉 축방향 중심선에 대한 비대칭 온도불포에 의해 핵연료 피복관 자체와 피복관과 소결체의 상호작용 부위에서 발생하는 열적 휨만을 취급한다. 이를 위해 1).소결체와 피복관사이의 기계적 상호작용을 무시한 조건에서의 핵연료 피복관의 휨과 2) 소결체와 피복관의 온도 변화에 기인하여 발생하는 소결체와 피복관 사이의 기계적 상호작용을 고려한 조건에서의 연료봉 휨을 혼합 고려하고, 각각에서 피복관의 비대칭 온도분포가 (i) 냉각재의 불완전한 혼합에 따른 비균질 냉각재 온도, (ii) 핵연료 피복관과 냉각재 사이의 비균질한 열전달 계수, (iii) 핵연료내 반경 방향으로의 중성자속 감쇄에 의한 비대칭 열 발생 등의 복합적효과에 의해 발생되는 것으로 고려하여 피복관의 대칭온도 분포까지 포함 할 수 있는 열적 휨의 일반적 해석 공식을 제시하였다. 본 휨 공식에 사용되는 모든 변수에 대한 민감도 분석을 통해, 핵연료봉 길이, 피복관 내경, 냉각재 평균 온도 및 변화 인자, 소결체 -피복관 기계적 상호 작용 인자, 중성자속 감쇄 인자, 핵연료 열팽창 계수, 피복관-냉각재 열전도 계수 등의 변화가 피복관 두께, 피복관-냉각재 열전달 계수, 피복관 열팽창 계수, 핵연료-피복관 열전달 계수 등의 변화보다 핵연료봉의 열적 휨에 상대적으로 더욱 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.192.2-192.2
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• 2010

일반적 의미의 소수력발전은 계곡이나 저낙차의 하천에서 시도되었으나, 한국의 지형과 강수패턴등은 소수력발전을 활성화하기에 어려운 점들이 있었다. 이에 최근에는 정수장, 하수처리장등과 같은 인공구조물에 소수력발전을 설치 운영하는 방향으로 가고 있으며, 특히 화력발전소 냉각공정에 사용되는 해수를 이용한 소수력발전이 크게 성공하였고 확대설치 되어가고 있다. 해안에 위치하는 LNG인수기지에서는 LNG의 기화에 해수를 열원으로 사용하며, 기화공정에서 열교환 후 바다에 배출된다. 이 때 기화해수와 공기와의 접촉으로 생성된 거품은 해양미생물과의 복합작용으로 쉽게 깨어지지 않고 바다로 떠내려가게 된다. 이러한 거품은 시각적 거부감으로 인하여 인근어민들의 불편함을 야기하고 있으며, 또한 배출해수와 일반해수와의 온도차로 인한 인근 어장이나 양식장의 어획고에 미칠 수 있는 부작용의 가능성에 대한 우려는 더욱 방류해수의 적절한 처리를 필요로 하고 있다. 이러한 방류해수의 거품생성을 해결하는 데 있어 근본적인 해결방법은 심층배수법인데, 심층배수 구조물에 발전수차를 추가 설치만 하면 수력발전이 가능하다. 방류해수의 거품관련 환경문제를 해결하면서 동시에 청정전력을 생산할 수 있는 해양소수력발전에 대하여 KOGAS에서는 LNG 인수기지에의 적용가능성을 분석하고 있으며, 방류해수의 낙차와 조수간만의 차를 이용하는 해양소수력발전을 LNG 인수기지에의 적용하는 것으로는 세계최초의 시도이다. 주변지형에 따른 입지여건을 분석하고, 해수계통분석, 소수력발전방법, 수차종류, 수차용량, 수차개수, pond의 크기등을 결정하고, 수리해석 및 경제성분석을 수행할 것이며 소수력발전의 타당성여부에 대한 가늠을 잡고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.183-195
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• 2012

본 연구에서는 도로터널 내 화재 시 임계풍속 산정을 위해 3차원 전산유체역학 기법을 이용하여 격자수, 그리고 화원의 크기와 위치에 따라 그 결과를 비교 분석하였다. 본 대상터널에서 1차원 식으로 산출된 임계풍속은 터널 높이 대신 수력지름을 적용한 경우 2.22 m/s로 산정되었다. 임계풍속 2.25 m/s를 적용하여 격자수에 따른 6가지 수치해석 결과, 격자수에 따라 역류의 위치와 온도, CO 농도 값이 상이하게 나타났으며, 본 대상터널의 경우는 약 84만개 격자수를 사용한 case 1이 적절한 격자임을 알 수 있었다. 또한 화원의 크기와 위치에 따른 수치해석 결과, 화원의 크기와 위치에 따라 상이한 기류분포, 온도분포 및 CO농도분포를 나타내어 임계풍속에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 이것은 열교환 면적과 위치에 기인된다고 판단된다. 향후 실제 실험결과와 상세히 비교하여 3차원 수치해석의 격자 의존성과 화원의 위치 및 크기를 반드시 확인해야 할 것으로 판단된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제26권1호
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• pp.126-139
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• 1994

본 연구에서는 BETHSY 실험장치에서 수행한 6" 소형 냉각재 상실사고(LOCA) 실험을 최적 열수력 코드인 CATHARE2 V1.2와 RELAP5/MOD3를 이용하여 계산했다. 본 연구의 주 목적은 소형 LOCA시 관심을 가지는 주요 물리현상인 이상 임계유동, 감압과정, 노심수위 감소, loop seal clearing 등에 대한 두 코드의 소형 LOCA 계산모의능력을 평가하는 것이다. 두코드는 이상 유동현상의 전개 경향이나 발생시점을 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났고, CATHARE2의 경우가 실험과 더 잘 일치했다. 그렇지만 두 코드는 loop seal clearing 현상, loop seal clearing 발생후의 노심수위, accumulator 유량거동 등의 예측에는 약간의 편차를 보였는데, 편차의 정도는 RELAP5가 CATHARE2보다 더 큰 것으로 나타났다. 두 코드의 편차요인을 보다 상세히 분석하기 위하여 계면 마찰력, mesh크기, 파단노즐 junction에서의 방출계수(Discharge coefficient)등에 대하여 민감도분석을 수행하였다. 그 결과 CATHARE2의 경우는 계면 마찰력을 증가시킴으로써 감압과정시 일차계통의 질량분포, 즉 증기 발생기 입구 공동(SG inlet plenum)에서의 차압과 Cross√er leg의 차압이 개선되었으며, 증기발생기 외측 열전달계수를 증가시킴으로써 중기발생기의 압력변화를 개선할 수 있었다. RELAP5의 경우는 어떤 하나의 입력변수를 변화시켜서 과도기의 결과를 개선할 수 없었으며 다만, 계면 마찰력 모델링에 여전히 많은 불화실성이 내포되어 있음을 확인했다.확인했다.