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논문 상세정보

제어봉집합체의 낙하시간과 충격속도 계산을 위한 프로그램 개발

Development of A Computer Program for Drop Time and Impact Velocity of the Rod Cluster Control Assembly

초록

원자로운전정지시 사용되는 제어봉집합체는 제어봉구동장치에서 분리되어 핵연료집합체의 안내관으로 자유낙하한다. 이 제어봉집합체의 주요변수로는 낙하시간과 충격속도가 있는데, 낙하시간은 원자로 안전정지와 관계가 있으며, 충격속도는 핵연료집합체의 건전성과 관계가 있다. 따라서, 제어봉 낙하시간과 충격속도의 적절한 결정은 제어봉집합체와 핵연료집합체의 설계에 매우 중요하다. 제어봉집합체는 낙하도중 유체저항이나 마찰력 및 부력과 같은 여러 힘들에 의해 낙하시간이 감소하게 되는데, 이러한 여러가지 힘의 복잡한 결합으로 인해 낙하시간과 충격속도를 해석적으로 유추하는 것은 매우 어렵다. 본 논문에서는 국산핵연료집합체에 적용되는 해석적인 방정식을 포함하고 있는 프로그램을 개발하였고, 이 프로그램을 단일제어봉 낙하시험과 비교하였다. 비교결과 시험 및 해석결과가 잘일치하고 있음으로써 개발된 프로그램의 검증을 확인할 수 있었고, 따라서 이 프로그램이 제어봉및 안내관의 설계변경시 매우 유용하게 사용할 수 있게 되었다.

Abstract

In a PWR rod cluster control assembly(RCCA) for shutdown is released upon action of control rod drive mechanism and falls down through the guide thimble by its weight. Drop time and impact velocity of the RCCA are two key parameters with respect to reactivity insertion time and the mechanical integrity of fuel assembly. Therefore, the precise control of drop time and impact velocity is prerequisite to modifying the existing design features of the RCCA and guide thimble or newly designing them. During its falling down into the core, the RCCA is retarded by various forces acting on it such as fluid resistance caused by the RCCA movement, buoyance and mechanical friction caused by contacting inner surface of the guide thimble, etc. However, complicated coupling of the various forces makes it difficult to derive an analytical dynamic equation for the drop time and impact velocity. This paper deals with the development of a computer program containing an analytical dynamic equation applicable to the Korean Fuel Assembly(KOFA). The computer program is benchmarked with an available single control rod drop tests. Since the predicted values are in good agreement with the test results, the computer program developed in this paper can be employed to modify the exiting design features of the RCCA and guide thimble and to develope their new design features for advanced nuclear reactors.

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