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노심 용융물 제트 충돌에 의한 희생물질의 침식예측
Prediction of sacrificial material ablation rate by corium jet impingement 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.23 no.3, 2014년, pp.21 - 26  

서정수 (한수원 중앙연구원) ,  김한곤 (한수원 중앙연구원)

초록
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유럽 원전 시장 개척을 위해 개발 중인 EU-APR1400은 중대사고 대처설비로 노외 노심용융물 보유 및 냉각을 위한 소위 Core catcher라 불리는 노외 노심용융물 냉각설비를 개발 중이며, Core catcher body를 노심용융물로부터 보호하기 위하여 노심용융물의 물성 및 상태를 변화시켜 냉각 및 보유에 유리하게 하는 희생물질을 설치한다. 중대사고 시 원자로 압력용기의 틈으로부터 노심용융물이 분출되어 희생물질에 충돌 시 열 전달량이 매우 증가하게 되므로, 이 때 노심용융물 제트의 충돌에 의한 희생물질의 침식율을 정확하게 예측하는 것은 매우 중요하다. 이 논문에서는 경계층 이론을 기반으로 한 희생물질 침식 모형을 제안하고 KAERI에서 수행한 실험결과와 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

EU-APR1400, the Korean nuclear reactor design for European market adopts a so-called core catcher for ex-vessel molten corium retention and cooling as a severe-accident mitigation system. Sacrificial material, which controls melt properties and modifies melt conditions favorable for corium cooling a...

주제어

#중대사고   #노외 노심용융물 냉각설비   #희생물질   #액상연소  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 중대사고 시, 원자로 용기가 파손되거나 , ICI cable이 원자로 내부와의 연결이 끊어져 cable입구가 개방될 경우 원자로 하반구로부터 노심 용융물이 jet형태로 낙하되면 기존 문헌의 stagnation point flow의 예와 같이 열전달이 증진되어 희생물질의 침식이 매우 빨라질 수 있으므로 용융물 jet 충돌에 의한 희생물질의 침식량의 정확한 예측은 노외 노심용융물 냉각설비의 설계에서 매우 중요하다. 이 논문에서는 기존의 경계층 이론을 바탕으로 노심용융물 jet에 의한 희생물질의 침식모형을 제안하고 KAERI에서 수행한 실험결과와 비교하였으며, 설계 parameter의 변화가 희생물질의 침식에 미치는 영향을 고찰하였다.

가설 설정

  • 1과 같다. 두 경우 모두 희생물질에서 발생하는 수증기가 노심 용융물 jet와 용융된 희생물질 사이에서 층을 유지한다는 가정을 바탕으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
core catcher라 불리는 노외 노심용융물 냉각장치 개발이 필요한 이유는 무엇인가? 유럽시장 진출을 위해 개발되고 있는 EU-APR1400은 유럽 원자력 사용자 요건에 따라 중 대사고 대처를 위한 중대사고 대처설비를 기존의 공학적 안전계통에 추가적으로 설치하여야 하며 이를 위하여 소위 core catcher라 불리는 노외 노심용융물 냉각장치를 개발 중이다. 중대사고 시, 발생된 노심용융물을 보유하면서 냉각시키는 노외 노심용융물 냉각 설비의 구조건전성 및 안전성을 향상시키기 위하여 노심용융물과 결합하여 열부하 및 수소 생성량을 줄이고 재임계를 방지하는 희생물질의 설치를 준비 중 이다.
노심용융물 jet 추돌에 의한 희생물질의 침식률을 경계층 이론으로 실험한 결과는 무엇인가? 중대사고 시 원자로 용기가 파손되어 그 틈으로 나오는 노심용융물 jet 추돌에 의한 희생물질의 침식률을 경계층 이론을 바탕으로 하여 수치적 모델을 구성 하고 최근 수행된 실험결과와 비교하였다. 모델 개발결과, 실험실 규모의 작은 노심용융물 jet에서는 crust가 발생하여 노심용융물 조건에서 최대의 침식률을 나타내었으나 실제 원자로 크기의 노심용융물 jet에서는 crust가 발생하지 않고 이론적인 최대값보다 작은 침식률을 나타내었다. 본 모델을 실제 원자로에 적용할 경우 jet충돌에 의한 희생물질의 침식현상이 지속되는 시간은 약 30초 내외이므로 약 1.
jet 충돌에 의한 희생물질의 침식량의 정확한 예측이 중요한 이유는 무엇인가? 중대사고 시, 원자로 용기가 파손되거나 , ICI cable이 원자로 내부와의 연결이 끊어져 cable입구가 개방될 경우 원자로 하반구로부터 노심 용융물이 jet형태로 낙하되면 기존 문헌의 stagnation point flow의 예와 같이 열전달이 증진되어 희생물질의 침식이 매우 빨라질 수 있으므로 용융물 jet 충돌에 의한 희생물질의 침식량의 정확한 예측은 노외 노심용융물 냉각설비의 설계에서 매우 중요하다. 이 논문에서는 기존의 경계층 이론을 바탕으로 노심용융물 jet에 의한 희생물질의 침식모형을 제안하고 KAERI에서 수행한 실험결과와 비교하였으며, 설계 parameter의 변화가 희생물질의 침식에 미치는 영향을 고찰하였다.
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참고문헌 (5)

  1. Saito, N. et al., "Melting Attack of Solid Plates by High Temperature Liquid Jets - Effect of Crust Fromation", ANS Proc. Nat'l Heat Transfer Conference, Philadelphia, PA, 1989, (August 6-9), pp. 277-289 

  2. Epstein, M. and Zhou, Q, "Sacrificial Material Ablation Model (Revision 1)", Fauske & Associates, LLC Memo, 2013, June 26 

  3. Martin, H., "Heat and Mass Transfer Between Impinging Gas Jets and Solid Surfaces", Advances in Heat Transfer 13, Academic Press, New York, 1977 

  4. Schlichting, H., "Boundary Layer Theory", 7th ed., McGraw-Hill, New York, 1979 

  5. Epstein, M. "Proposed Jet Impingement Heat Transfer Experiment", Fauske & Associates, LLC Memo (May 27) in "Final Report: Technical Consulting for EU-APR1400 Core Catcher Development", 2011 

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