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문제 정의
- 본 연구는 원형 저장볼트와 열유동 특성이 유사하게 나타나는 ¼ 축소 저장볼트 내 튜브의 발열량을 산출하는 것이다. ¼ 축소 저장볼트의 열유동 해석에서는 5가지의 열유속 조건을 적용하여 해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 건식저장 방식 중 저장볼트 방식에 대한 열적 특성 및 유동패턴을 분석하였다. 원형 저장볼트에 대한 분석을 바탕으로 실험을 위한 ¼ 크기의 저장볼트에 대하여 다양한 발열량을 적용하여 열유동 특성을 해석하였다.
- 앞서 설명하였듯이, 본 연구의 목적은 ¼ 축소 저장볼트 내에서 열 및 유동의 특성이 원형 저장볼트의 열유동 특성과 유사하게 되는 튜브의 발열량을 결정 하는 것이다. 이러한 이유로 인해 ¼ 축소 저장볼트의 열유동 해석은 주어진 축소형상에 대하여 튜브의 열유속을 다양하게 변경하며 해석을 수행하였다.
- 원형 저장볼트에 대한 분석을 바탕으로 실험을 위한 ¼ 크기의 저장볼트에 대하여 다양한 발열량을 적용하여 열유동 특성을 해석하였다. 최종적으로 ¼ 모델이 원형모델과 비교하여 유사한 열적 유동특성이 나타나는 적절한 발열량을 산출하여, 향후 저장볼트 건설을 위한 축소시험이 원활하게 진행할 수 있도록 발열량을 제공하고자 한다. 참고로, 원형대비 ¼ 모델은 임의로 선정한 것이며, 추후 축소시험의 장소 등을 고려하여 축소율은 변경 할 수 있으나, 본 연구에서 제시한 방법으로 원형모델의 특성을 반영한 발열량을 산출할 수 있을 것이다.
가설 설정
- 저장볼트 내부에는 튜브가 22개 위치하고 있으며, 각 튜브에는 3개의 캐니스터가 들어있다. 각 캐니스터의 붕괴열은 750 W로 가정한다. 따라서, 하나의 튜브에서는 각각 2250 W의 발열량으로 계산을 하였다.
- 다섯 가지의 열유속 조건 중, 기준이 되는 모델이 필요하다. 본 연구에서는 기준 모델을 원형 저장볼트 내 튜브에 적용되는 열유속(식 (12) 참조)과 ¼ 축소 저장볼트 내 튜브에 적용되는 열유속이 같은 값을 가지는 모델을 기준모델로 정하였다. 이를 기준으로 열유속의 0.
- 저장 볼트의 유동은 후반부 저장볼트 사이의 좁은 영역을 지나가기 위해 유속이 상대적으로 빨라져 난류 유동이므로 표준 k-ε 난류모델 및 표준 벽함수[2]를 사용하였다. 자연대류 모델은 내부의 온도편차가 크게 발생하기 때문에 비압축성 이상기체로 가정하여 계산하였다. 해석을 위한 지배방정식은 다음과 같이 연속방정식, 운동량 방정식, 난류 운동량 에너지 방정식, 난류 운동량 에너지 소산률 방정식 및 에너지 방정식이다.
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