소형모듈형원자로 나선형 전열관 기하구조의 외부 자연대류 영향 분석 소형 모듈형 원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 현재 운용되는 대형 원전보다 출력이 낮은 원자로를 의미한다. SMR 은 대형원전의 핵증기공급계통을 단일의 모듈로 일체화 및 소형화하므로써 대형배관 파단사고와 같은 중대사고를 미연에 방지하고 강력한 안전정지기능을 확보한다. 또한, 사고시 펌프, 능동형 설비 및 운영자의 적극적 개입이 없어도 정지되도록 대부분의 노형에서 '피동형 안전계통'을 채택하고 있다. '피동형 안전계통'을 통해 충분한 냉각을 구현하기 위해서는 부피 대비 고부력의 ...
소형모듈형원자로 나선형 전열관 기하구조의 외부 자연대류 영향 분석 소형 모듈형 원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 현재 운용되는 대형 원전보다 출력이 낮은 원자로를 의미한다. SMR 은 대형원전의 핵증기공급계통을 단일의 모듈로 일체화 및 소형화하므로써 대형배관 파단사고와 같은 중대사고를 미연에 방지하고 강력한 안전정지기능을 확보한다. 또한, 사고시 펌프, 능동형 설비 및 운영자의 적극적 개입이 없어도 정지되도록 대부분의 노형에서 '피동형 안전계통'을 채택하고 있다. '피동형 안전계통'을 통해 충분한 냉각을 구현하기 위해서는 부피 대비 고부력의 증기발생기가 요구된다. 나선형 코일 구조는 동일 부피의 직선관형 전열관 대비 넓은 열전달 면적과 높은 열응력 유연성을 가진다. 따라서, NuScale, SMART, CAREM 등 다수의 SMR 노형은 증기발생기의 구조로써 나선형 코일 구조를 채택한다. 나선형 코일의 자연대류 열전달은 순환 유로가 차단되는 사고 상황에서 노심 냉각에 관여한다. 관 두께(d), 층 간격(P), 층 수(N), 나선각(φ) 등 나선형 코일의 주요 인자에 대한 열전달 연구는 이를 위한 기초 자료로써 요구된다. 기존 연구에서는 각 인자가 서로 연관(Coupled) 되어 있는 코일의 특성으로인해 독립적인 열전달 영향을 확인하지 못하였으며, 적은 실험 Cases 를 통해 상관식을 개발하였다는 한계가 있다. 본 연구에서는 물질전달 상사이론을 기반으로 실험을 통해 나선형 코일의 외부 자연대류 열전달의 기하구조 영향을 분석하였다. 주요 인자의 독립적인 영향을 확인하기 위해 나선형 코일을 고리 다발의 형태로 대체 모사 하였으며, 코일 층 간 상호작용을 확인하기 위해 Piecewised electrodes 를 사용하여 관 두께(d), 층 간격(P), 층 수(N), 나선각(φ)의 열전달 영향을 확인하였다. 실험 결과를 바탕으로 나선형 코일 자연대류 열전달 현상에 대한 이해와 상관식을 제시하였다.
소형모듈형원자로 나선형 전열관 기하구조의 외부 자연대류 영향 분석 소형 모듈형 원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 현재 운용되는 대형 원전보다 출력이 낮은 원자로를 의미한다. SMR 은 대형원전의 핵증기공급계통을 단일의 모듈로 일체화 및 소형화하므로써 대형배관 파단사고와 같은 중대사고를 미연에 방지하고 강력한 안전정지기능을 확보한다. 또한, 사고시 펌프, 능동형 설비 및 운영자의 적극적 개입이 없어도 정지되도록 대부분의 노형에서 '피동형 안전계통'을 채택하고 있다. '피동형 안전계통'을 통해 충분한 냉각을 구현하기 위해서는 부피 대비 고부력의 증기발생기가 요구된다. 나선형 코일 구조는 동일 부피의 직선관형 전열관 대비 넓은 열전달 면적과 높은 열응력 유연성을 가진다. 따라서, NuScale, SMART, CAREM 등 다수의 SMR 노형은 증기발생기의 구조로써 나선형 코일 구조를 채택한다. 나선형 코일의 자연대류 열전달은 순환 유로가 차단되는 사고 상황에서 노심 냉각에 관여한다. 관 두께(d), 층 간격(P), 층 수(N), 나선각(φ) 등 나선형 코일의 주요 인자에 대한 열전달 연구는 이를 위한 기초 자료로써 요구된다. 기존 연구에서는 각 인자가 서로 연관(Coupled) 되어 있는 코일의 특성으로인해 독립적인 열전달 영향을 확인하지 못하였으며, 적은 실험 Cases 를 통해 상관식을 개발하였다는 한계가 있다. 본 연구에서는 물질전달 상사이론을 기반으로 실험을 통해 나선형 코일의 외부 자연대류 열전달의 기하구조 영향을 분석하였다. 주요 인자의 독립적인 영향을 확인하기 위해 나선형 코일을 고리 다발의 형태로 대체 모사 하였으며, 코일 층 간 상호작용을 확인하기 위해 Piecewised electrodes 를 사용하여 관 두께(d), 층 간격(P), 층 수(N), 나선각(φ)의 열전달 영향을 확인하였다. 실험 결과를 바탕으로 나선형 코일 자연대류 열전달 현상에 대한 이해와 상관식을 제시하였다.
Small Modular Reactors (SMRs) refers to a nuclear reactor with lower output compared to large-scale nuclear power plants currently in operation. SMRs integrate and downsize the Nuclear Steam Supply System (NSSS) of large nuclear power plants into a single module, thereby preventing severe accident s...
Small Modular Reactors (SMRs) refers to a nuclear reactor with lower output compared to large-scale nuclear power plants currently in operation. SMRs integrate and downsize the Nuclear Steam Supply System (NSSS) of large nuclear power plants into a single module, thereby preventing severe accident such as major pipe failures and ensuring 'safety shutdown capabilities' at an early stage. Furthermore, to minimize the need for active intervention by pumps, active systems and operators, passive safety systems are predominantly adopted in most SMRs, allowing for autonomous operation during accidents. To implement sufficient cooling through 'passive safety systems', a high-buoyancy steam generator is required relative to its volume. The helical coil structure offers larger heat transfer surface area and higher thermal stress flexibility compared to a straight-tube heat exchanger of the same volume. Therefore, numerous Small Modular Reactors (SMRs) such as NuScale, SMART, CAREM, among others, adopt the helical coil structure for the steam generator to achieve efficient cooling. The natural convection heat transfer of a helical coil is involved in core cooling in accident scenarios where the circulation flow is obstructed. The study for parameter of the helical coil, such as tube thickness (d), coil pitch (P), number of turns (N), helix angle (φ), is required as fundamental data for the scenarios. For existing studies, the independent effects of each parameter were not confirmed due to the coupled geometry of the coil, and there were limitations in the related correlations, as only a few experimental cases were used. In this study, based on the mass transfer analogy concept, investigation was performed for the geometric effects of natural convection heat transfer on helical coils by experiments. To confirm the independent effects of parameters, a helical coil was simulated as the form of a ring bundle, and piecewised electrodes were used to investigate the heat transfer phenomenon by coil interactions which shows the effects of tube thickness (d), coil pitch (P), number of turns (N), and helix angle (φ). Based on the experimental results, the understanding of the natural convection heat transfer phenomenon in helical coils and correlations are presented.
Small Modular Reactors (SMRs) refers to a nuclear reactor with lower output compared to large-scale nuclear power plants currently in operation. SMRs integrate and downsize the Nuclear Steam Supply System (NSSS) of large nuclear power plants into a single module, thereby preventing severe accident such as major pipe failures and ensuring 'safety shutdown capabilities' at an early stage. Furthermore, to minimize the need for active intervention by pumps, active systems and operators, passive safety systems are predominantly adopted in most SMRs, allowing for autonomous operation during accidents. To implement sufficient cooling through 'passive safety systems', a high-buoyancy steam generator is required relative to its volume. The helical coil structure offers larger heat transfer surface area and higher thermal stress flexibility compared to a straight-tube heat exchanger of the same volume. Therefore, numerous Small Modular Reactors (SMRs) such as NuScale, SMART, CAREM, among others, adopt the helical coil structure for the steam generator to achieve efficient cooling. The natural convection heat transfer of a helical coil is involved in core cooling in accident scenarios where the circulation flow is obstructed. The study for parameter of the helical coil, such as tube thickness (d), coil pitch (P), number of turns (N), helix angle (φ), is required as fundamental data for the scenarios. For existing studies, the independent effects of each parameter were not confirmed due to the coupled geometry of the coil, and there were limitations in the related correlations, as only a few experimental cases were used. In this study, based on the mass transfer analogy concept, investigation was performed for the geometric effects of natural convection heat transfer on helical coils by experiments. To confirm the independent effects of parameters, a helical coil was simulated as the form of a ring bundle, and piecewised electrodes were used to investigate the heat transfer phenomenon by coil interactions which shows the effects of tube thickness (d), coil pitch (P), number of turns (N), and helix angle (φ). Based on the experimental results, the understanding of the natural convection heat transfer phenomenon in helical coils and correlations are presented.
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