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[국내논문] 공기 유량의 시간 변화에 따른 $U_3O_8$ 타원입자에 대한 거동 특성 해석 원문보기

한국방사성폐기물학회 2007년도 학술논문요약집, 2007 Nov. 15, 2007년, pp.305 - 306  

김영환 (한국원자력연구원) ,  정재후 (한국원자력연구원) ,  이효직 (한국원자력연구원) ,  박병석 (한국원자력연구원) ,  윤지섭 (한국원자력연구원)

초록
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ACP(Advanced Spent Fuel Conditioning Process)의 금속전환로에 $U_3O_8$을 공급하기 위하여 20 kgHM/batch의 $UO_2$ 펠릿(pellets)을 처리할 수 있는 건식분말화 장치가 개발되고있다. 건식분말화 장치는 500 $^{\circ}C$온도에서 공기를 공급하여 일정한 입도범위의 균질한 $U_3O_8$을 만든다. 이런 건식 분말화 장치의 효율을 높이기 위해서는 반웅로에 불어 넣어주는 공기의 유량을 증가시킬 필요가 있다. 하지만 공기와 반응하여 생성되는 $U_3O_8$ 입자는 그 크기가 최소 3 ${\mu}$m 정도로 매우 미세하여,반응로 출구를 통해 외부로 빠져나갈 가능성 이있다. 이를 방지하기 위해 분말화 장치 출구 바깥에는 필터가 설치되어 있으나 공기와 함께 $U_3O_8$ 입자가 계속해서 빠져 나갈 경우 입자로 인해 필터가 막혀 제 기능을 할 수 없게 된다. 따라서 건식 분말화 장치는 미세한 $U_3O_8$ 입자가 반응로 밖으로 빠져나가지 않도록 입구에서의 공기 유량을 일정 수준 이하로 조절해주는 것이 필요하다. 이 연구의 목적은 초기 유량으로부터 유량을 점점 증가시키면서 시간변화에 따른 입자 거동 특성을 해석하며, 결과로부터 주어진 크기의 타원입자에 대해 최대 허용 공기 유량을 결정하고자한다. 이 해석을 위해 유동과 입자를 동시에 해석할 수 있는 ANSYS-CFX 5.7.1과 ANSYS-CFX 10.0 두 가지의 소프트웨어가 사용되었다. 해석 결과를 바탕으로 좀더 정확한 유량 한계치 계산을 위해 추가로 수행되어야 할 해석에 대해 제안하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 가장 크기가 작은 3 um의 타원형 입자에 대한 transient 해석을 수행하였다. 해석은 초기 공 기 유량을 0 kg/s에서 0.
  • 가장 크기가 작은 3 um의 타원형 입자에 대한 transient 해석을 수행하였다. 해석은 초기 공 기 유량을 0 kg/s에서 0.0018 kg/s까지 100초 동안 천천히 증가시키는 조건을 적용하였다. 이전 연구의 steady 해석에서와 마찬가지로 1초 동안 입구에서 공기와 함께 반응로 내로 삽입되는 U3O8 입자의 개수는 10개이다.
  • 3 ㎛인 타원형 U3O8 입자의 시간변화에 대해 각각 transient 해석을 수행하였다. 해석결과의 입자거동특성을 분석하여, 입자가 vol-oxidizer 반응로 바깥으로 빠져나가지 않을 유량 한계치의 범위를 도출하였다.
  • 입자의 시간변화에 대해 각각 transient 해석을 수행하였다. 해석결과의 입자거동특성을 분석하여, 입자가 vol-oxidizer 반응로 바깥으로 빠져나가지 않을 유량 한계치의 범위를 도출하였다. 타원형 입자에 대한 이전의 steady state 해석 결과, 3 μm 입자에 대한 유량 허용치는 0.

이론/모형

  • 입자가 연속체 속을 지난다고 생각할 때, 입자의 가속에 영향을 주는 외부에서 가해지는 힘은 입자와 유체의 속도 차이 그리고 입자에 의한 유체의 변형에 의해 발생한다. 그러한 입자의 거동 방정식은 Basset, Boussinesq, 그리고 Oseen에 의해 유도되었다. 구형이 아닌 입자에 대한 drag force는 입자의 거동 방정식의 첫 번째 항에 cross sectional area factor.
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