• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권2호
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• pp.452-459
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• 2023

The core power control is an important issue for the study of dynamic characteristics in China initiative accelerator driven subcritical system (CiADS), which has direct impact on the control strategy and safety analysis process. The CiADS is an experimental facility that is only controlled by the proton beam intensity without considering the control rods in the current engineering design stage. In order to get the optimized operation scheme with the stable and reliable features, the variation of beam intensity using the continuous and periodic control approaches has been adopted, and the change of collimator and the adjusting of duty ratio have been proposed in the power control process. Considering the neutronics and the thermal-hydraulics characteristics in CiADS, the physical model for the core power control has been established by means of the point reactor kinetics method and the lumped parameter method. Moreover, the multi-inputs single-output (MISO) logical structure for the power control process has been constructed using proportional integral derivative (PID) controller, and the meta-heuristic algorithm has been employed to obtain the global optimized parameters for the stable running mode without producing large perturbations. Finally, the verification and validation of the control method have been tested based on the reference scenarios in considering the disturbances of spallation neutron source and inlet temperature respectively, where all the numerical results reveal that the optimization method has satisfactory performance in the CiADS core power control scenarios.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권1호
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• pp.109-118
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• 2023

In this paper, the evaluation method of fluidelastic instability (FEI) of newly designed steam generator tubing in pressurized water reactor (PWR) nuclear power plants is discussed. To obtain the parameters for prediction of the critical velocity of FEI for steam generator tubes, experimental research is carried out, and the design parameters are determined. Using CFD numerical simulation, the tube array scale of the model experiment is determined, and the experimental device is designed. In this paper, 7 groups of experiments with void fractions of 0% (water), 10%, 20%, 50%, 75%, 85% and 95% were carried out. The critical damping ration, fundamental frequency and critical velocity of FEI of tubes in flowing water were measured. Through calculation, the total mass and instability constant of the immersed tube are obtained. The critical damping ration measured in the experiment mainly included two-phase damping and viscous damping, which changed with the change in void fraction from 1.56% to 4.34%. This value can be used in the steam generator design described in this paper and is conservative. By introducing the multiplier of frequency and square root of total mass per unit length, it is found that the difference between the experimental results and the calculated results is less than 1%, which proves the rationality and feasibility of the calculation method of frequency and total mass per unit length in engineering design. Through calculation, the instability constant is greater than 4 when the void fraction is less than 75%, less than 4 when the void fraction exceeds 75% and only 3.04 when the void fraction is 95%.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권1호
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• pp.78-91
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• 2024

Double steel plate concrete composite shear wall (SCSW) has been widely utilized in nuclear power plants and high-rise structures, and its shear connectors have a substantial impact on the seismic performance of SCSW. Therefore, in this study, the mechanical properties of SCSW with angle stiffening ribs as shear connections were parametrically examined for the reactor containment structure of nuclear power plants. The axial compression ratio of the SCSW, the spacing of the angle stiffening rib arrangement and the thickness of the angle stiffening rib steel plate were selected as the study parameters. Four finite element models were constructed by using the finite element program named ABAQUS to verify the experimental results of our team, and 13 finite element models were established to investigate the selected three parameters. Thus, the shear capacity, deformation capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW were determined. The research results show that: compared with studs, using stiffened ribs as shear connectors can significantly enhance the mechanical properties of SCSW; When the axial compression ratio is 0.3-0.4, the seismic performance of SCSW can be maximized; with the lowering of stiffener gap, the shear bearing capacity is greatly enhanced, and when the gap is lowered to a specific distance, the shear bearing capacity has no major affect; in addition, increasing the thickness of stiffeners can significantly increase the shear capacity, ductility and energy dissipation capacity of SCSW. With the rise in the thickness of angle stiffening ribs, the improvement rate of each mechanical property index slows down. Finally, the shear bearing capacity calculation formula of SCSW with angle stiffening ribs as shear connectors is derived. The average error between the theoretical calculation formula and the finite element calculation results is 8% demonstrating that the theoretical formula is reliable. This study can provide reference for the design of SCSW.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권5호
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• pp.644-651
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• 2011

향후 도래할 수소경제에서 가장 유망한 기술 중에 하나인 고체수소저장 시스템들의 전체성능은 고체수소화물 내부의 열 및 물질전달 속도에 크게 영향을 받으며, 최적화된 시스템 설계를 위해서 이들에 대한 연구들이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 Pt-CNTs 수소저장물질을 이용한 수소저장시스템에 대한 모델링 및 2차원 비정상상태 전산해석을 수행하였다. 기존 상용화된 CFD 소프트웨어를 이용하여 충전동안 발생하는 열 및 물질전달에 대한 현상들을 연구하였으며, 최적화된 수소저장시스템 설계는 고압에서 대류에 의한 냉각효과를 최대화하여 시스템 내부의 온도 상승과 충전시간 지연을 개선할 수 있음을 밝혀냈다. 아직까지 CNT 기반의 수소저장시스템에 대한 연구들이 보고되고 있지 않은 상황에서, 본 연구는 향후 CNT 기반의 고체수소저장시스템 최적 설계에 대한 방안들을 제시한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.1005-1012
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• 2011

본 연구에서는 혁신적인 연소시스템의 최적 연소조건을 도출하기 위해 반응기 내부 유동 특성, 온도분포, 속도분포 및 체류시간 등에 대해 전산유체역학(CFD)을 이용한 3차원 모사를 수행하였다. 연료 투입량 1.5 ton/hr, 체류시간 1.25초, 공기비 2.1의 조건에서 연소시킬 때 로의 출구의 면적가중(area-weighted) 평균온도는 $1,077^{\circ}C$로 나타나 에너지 회수 및 유해가스 처리에 적합한 온도임을 알 수 있었다. 배가스는 연소실 중앙부위에서 강한 선회류를 따라 최고속도 약 40~50 m/s로 덕트를 통해 배출되므로 연소실의 중심부에 강한 난류가 형성되어 연소 속도 및 연소 효율이 향상되는 것으로 나타났다. 본 시스템의 경우, 불완전 연소를 방지하고 또한 thermal NOx의 생성도 억제하기 위한 적정 조업조건은 공기비 1.9~2.1, 연료 투입량 1.25~1.5 ton/hr 정도인 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제22권1호
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• pp.27-34
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• 2014

하수슬러지의 처리 및 재활용에 관한 다양한 연구가 진행되었지만 하수슬러지 내에 포함된 80% 이상의 함수율에 따른 높은 에너지 소비 비용으로 저비용의 처리 기술의 요구가 높다. 이에 본 연구에서는 슬러지 처리 시 적은 양에 에너지를 소비하는 열가용화 반응을 적용하여 열가용화 반응온도에 따른 하수슬러지의 점도를 정량화하고자, 반응온도에 따른 탈수슬러지의 토크를 연속적으로 측정하였다. 반응온도가 증가하면 높은 반응온도와 압력에 의해 탈수슬러지는 열가용화 진행되고 슬러지 세포내의 결합수가 자유수로 용출되어 고상의 탈수슬러지는 액상의 슬러리로 변환된다. 이에 반응온도에 따른 점도 측정 결과 293K에서는 $270,180kg/m{\cdot}sec$ 로 높은 점도 값을 보이지만 400K에서는 $12kg/m{\cdot}sec$ 급격히 감소하고 460K 이상에는 $4kg/m{\cdot}sec$로 물의 점도와 유사한 값을 나타낸다. 이 결과를 바탕으로 수치모델링으로 열가용화 반응기 최적 설계를 위한 경계조건으로 점도 함수를 확보하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.167-174
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• 2021

최근 국내 원자력발전소의 격납건물 벽체와 Containment Liner Plate(CLP) 사이에서 다양한 크기의 공극이 발견됨에 따라 원전 격납건물의 보수를 위해 내부 공극의 분포와 크기를 정밀하게 평가할 수 있는 진단기법의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 이 연구에서는 격납건물 벽체에서의 탄성파 전파거동을 계산하는 2차원 유한요소해석 기법을 제시한다. 격납건물 벽체를 기반으로 해석영역을 구성하고 경계면에서의 반사파를 제거하기 위해 수치적 파동흡수 경계층인 perfectly matched layer를 도입하였다. Galerkin 기반 혼합유한요소법을 이용해 2차원 유한영역에서 탄성파 파동방정식의 해를 구하여 충격하중에 대한 격납건물 벽체의 변위와 응력을 계산하였다. 제시한 수치적 기법을 이용하여 격납건물 콘크리트 벽체의 CLP 부착 유무와 공동의 위치 및 크기 변화에 따른 탄성파 전파거동을 살펴보았다. 이 연구의 결과는 원전 격납건물 내부의 공동을 진단하는 탄성파 전체파형 역해석 기법 개발에 활용될 수 있다.