좁은 사각유로 내 횡방향 불균일 열속 분포가 과냉핵비등에 미치는 영향 :Effect of the transversely non-uniform heat flux on the subcooled nucleate boiling in a narrow rectangular channel

김태우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김태우 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수: 조대성

발행연도: 2018

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

좁은 사각유로 내 횡방향 불균일 열속 분포가 핵비등 및 압력강하에 미치는 영향

김태우 , Al-yahia Oma , S. 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2018.04 학술대회자료

좁은 사각유로 내 횡방향 불균일 열속 분포가 과냉핵비등에 미치는 영향

김태우 기계공학과 2018.01 학위논문

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판형핵연료는 연구용 원자로에 주로 사용되며 노심 내부 냉각수 유로의 단면은 좁은 사각형태이다. 연구용 원자로의 운전제한출력은 핵비등발생시점(ONB)으로 결정되기 때문에, 좁은 사각유로 내 ONB에 대한 많은 연구들이 진행되었다. 기존의 ONB 연구들은 유로가 균일하게 가열되는 조건에서 진행되었지만, U-Mo 판형핵연료의 출력 분포는 횡방향으로 불균일하다. 핵연료 출력이 불균일할 경우 유로 내 국부적으로 다른 핵비등 현상이 예상된다. 연구용 원자로의 운전제한 결정과 열수력 특성 파악을 위해 횡방향 불균일 열속 조건에서의 핵비등 현상을 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 균일 및 횡방향 불균일 열속 조건에서의 실험을 통해, 횡방향 불균일 열속이 ONB에 미치는 영향을 파악하였다.
시험부(test section) 내 좁은 사각유로(50mm(W)×2.35mm(H) ×566 mm(L))는 전기출력에 의해 가열되고, 균일 열속이 발생하는 시험부와 횡방향 불균일 열속이 발생하는 시험부가 사용되었다. 불균일 열속 시험부는 U-Mo 판형핵연료 출력 분포와 동일하게 횡방향 끝단에서 가장 높은 열속이 발생한다. 연구용 원자로와 비슷한 조건으로 과냉(35~65℃)의 순수, 유량(0.015~0.12kg/s), 저압(1.03bar) 조건에서 실험이 진행되었다.
실험 측정값들을 이용하여 균일 열속과 불균일 열속 조건에서의 ONB 열출력(유로에 가해진 전체 열전달량), 열속, 벽면온도를 결정하였다. ONB에서의 열출력은 불균일 열속 조건에서 22% 더 낮았다. 반면 국부변수인 열속과 벽면온도는 균일 열속 조건에서의 결과와 비슷하였고, 불균일 열속 조건에서의 ONB는 균일 열속 조건에서 개발된 ONB 상관식으로도 예측이 가능하다. 핵비등은 국부적인 조건만 만족되면 발생하기 때문에 열속분포는 ONB 국부변수에 영향이 없다. 열출력 증가에 따른 벽면온도 증가량은 불균일 열속 조건에서 2배 가량 높았다. 이미지 프로세싱을 이용하여 핵비등 이미지를 분석하였고, 열속 분배 모델을 사용하여 비등 열전달량을 계산하였다. 불균일 열속 조건에서의 비등 열전달 향상률은 균일 열속 조건에 비해 2배 가량 낮은 것이 확인하였다. 불균일 열속 조건에서는 유로의 전반적인 비등 열전달 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.

#불균일 열속 #핵비등발생시점 #비등 열전달 성능 #좁은 사각유로

제 1장. 서 론 1
1.1. 판형핵연료 출력 분포 1
1.2. 연구용 원자로의 열수력 한계 3
1.3. 문헌조사 5
1.3.1. 좁은 사각유로 내 ONB 실험 6
1.3.2. 불균일 열속 조건에서의 열수력 연구 11
1.4. 연구목적 및 필요성 13
제 2장. 실험장치 및 방법 14
2.1. 실험장치 구성 14
2.2. 시험부 17
2.3. 실험과정 19
2.4. 데이터 처리 방법 20
2.5. 비등 가시화 및 이미지 프로세싱 24
제 3장. 실험결과 27
3.1. 균일 및 불균일 열속 조건에서의 ONB 열출력 비교 27
3.2. 균일 및 불균일 열속 조건에서의 ONB 열속 비교 31
3.3. 유량 및 입구온도 변화가 ONB에 미치는 영향 33
3.4. 균일 및 불균일 열속 조건에서의 비등 열전달 성능 35
3.4.1. 열전달 분배 모델 36
3.4.2. 비등 열전달에 대한 정량적 비교 38
제 4장. 결론 46
참고문헌 48
부록 A. 불확실도 분석 52
부록 B. 이미지 프로세싱을 위한 MATLAB CODE 56
영문초록 60

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