초록 ▼

1. 연구개발의 필요성 및 목적
● 원자력 안전과 경제성의 동반향상을 위한 고정밀 열수력 해석 수요의 증대
● 계통스케일 해석코드에서 진일보한 기기스케일 열수력 해석 모듈 개발
2. 연구개발의 내용 및 범위
● 비장렬격자계 3-Field유동방정식 확립
● 다차원 3-Field 2상유동 수치해법개발 및 최적화
● 상세 수치해석격자계 구성기법의 개발
● 3-Field 모델 및 상관식의 정립
● 기가 상세해석을 위한 다차원열전도체 해석모듈개발
● 해석모듈의 Verification 및 Val

1. 연구개발의 필요성 및 목적
● 원자력 안전과 경제성의 동반향상을 위한 고정밀 열수력 해석 수요의 증대
● 계통스케일 해석코드에서 진일보한 기기스케일 열수력 해석 모듈 개발
2. 연구개발의 내용 및 범위
● 비장렬격자계 3-Field유동방정식 확립
● 다차원 3-Field 2상유동 수치해법개발 및 최적화
● 상세 수치해석격자계 구성기법의 개발
● 3-Field 모델 및 상관식의 정립
● 기가 상세해석을 위한 다차원열전도체 해석모듈개발
● 해석모듈의 Verification 및 Validation수행
● 계면면적수송모텔의 해석모듈적용 및 검증
3. 연구개발결과
● 열수력 모듈 (CUPID) 개발
● CUPID의 Verification 완료 및 Validation 수행
● 과도 다차원 2상유동 비정렬 격자계 수치해법 개발
4. 활용계획
● CUPID는 현재 원자로 기기 및 국소 2상 유동 현상의 정밀해석이 가능하나, 추가적인 기능개발 및 검증이 필요함.
● CUPID의 향후 개선을 통해 다음과 같은 활용이 가능함
- 가압경수로의 강수부 비등 현상, 피동냉각계통의 수조 2차측 열수력 거동 해석 등에 활용
- CUPID와 계통분석코드의 연계활용을 통한 계통과도현상의 고정밀 해석
- 중대사고 주요현상 해석의 기본 코드로 활용

Abstract ▼

(1) Year 2007
● Establishment of the three-field two-fluid governing equations on unstructured mesh
● Development and optimization of the numerical method for the multi-dimensional two-phase flow
● Development of the pre- and post-processing methodology
(2) Year 2008
● Implementation

(1) Year 2007
● Establishment of the three-field two-fluid governing equations on unstructured mesh
● Development and optimization of the numerical method for the multi-dimensional two-phase flow
● Development of the pre- and post-processing methodology
(2) Year 2008
● Implementation of the Two-phase flow models
● Development of a multi-dimensional thermal analysis module for heat conductors
● Verification of the heat conductor models
(3) Year 2009
● Validation of CUPID against experimental data
? Implementation and Validation of the interfacial area transport equation

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 4
• 보고서 요약서 ... 6
• 요약문 ... 8
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 18
• 표목차 ... 22
• 그림목차 ... 24
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 30
• 제1절 연구개발의 필요성 및 목표 ... 31
• 제2절 연구개발 추진체계 ... 34
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 36
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 44
• 제1절 원자로기기 다차원 열수력해석 모듈 개발요건 수립 ... 45
• 1. 개발요건 수립 개요 ... 45
• 가. 목적 ... 45
• 나. 모의 대상 ... 45
• 다. 주요 물리현상 ... 45
• 라. 기하학적 형상 및 길이 스케일 ... 46
• 2. 해석 모듈의 상세 기능 ... 47
• 가. 기배 방정식 요건사항 ... 47
• 나. 기능적 요건사항 ... 48
• 3. 해석 모듈의 확인 및 검증 ... 49
• 가. 해석 모듈의 확인 ... 49
• 나. 해석 모듈의 검증 ... 49
• 제2절 3차원 2상 유동 모델 수립 ... 51
• 1. 3차원 2상 유동 모델 지배방정식 ... 51
• 가. 연속방정식 (Continuity equations) ... 51
• 나. 운동량 방정식 (Momentum equations) ... 52
• 다. 에너지 방정식 (Energy equations) ... 54
• 2. 상태방정식 ... 56
• 가. 물/수증기의 상태방정식 ... 56
• 나. 비응축성 가스와 증기 혼합체의 상태방정식 및 도함수 ... 58
• 3. 3차원 2상 유동모델의 물리적 모델 및 상관식 ... 64
• 가. 2상 유동 양식 모델 ... 64
• 나. 계면 면적 밀도 모델 (ai) ... 65
• 다. 계면 마찰 계수 (hig 및 hil) ... 66
• 라. 계면 열전달 계수 (hil 및 hig) ... 68
• 마. 계면 비마찰항 모델 (Mlift, Mwl 및 Mtd) ... 69
• 바. 천(Churn) 유동 영역 및 과도(Transition) 유동 영역 모델 ... 70
• 사. 벽면 비등 모델 (Wall boiling model) ... 71
• 아. 난류 모델(박인규외, 2009) ... 73
• 제3절 계면면적 수송 모델의 해석모듈 적용 및 검증 ... 84
• 1. 계면면적 수송 모델 개요 ... 84
• 2. 계면면적 수송방정식 및 수치 해법 ... 84
• 가. 계면면적 수송 지배방정식 ... 84
• 나. 난류에 의한 병합 (Turbulence induced coalescence) ... 85
• 다. 난류 충격에 의한 붕괴 (Turbulence impact induced breakup) ... 87
• 라. 핵비등에 의한 선원항 (Nucleation induced source term) ... 88
• 마. 유한 체적법을 이용한 이산화 (Discretization by finite volume method) ... 89
• 3. 검증 계산 결과 ... 91
• 가. VAWL 실험장치 및 실험조건 ... 91
• 나. 비교 계산 실험의 내용 ... 93
• 다. VAWL 실험 장치 모의 ... 94
• 라. 초기 및 경계 조건 VAWL01 ... 95
• 마. VAWL-01 계산 결과 ... 96
• 제4절 비정렬 격자계 다차원 3-Field 2상유동 수치해법 개발 및 최적화 ... 108
• 1. Semi-implicit ICE 기반 비정렬 격자계 수치해법 ... 108
• 가. 연속 방정식의 이산화 ... 109
• 나. 운동량 방정식의 이산화 ... 113
• 다. 에너지 방정식의 이산화 ... 119
• 라. 대류항 처리 ... 122
• 마. Three-field model 수치해석 방법론 ... 123
• 2. SMAC 기반 비정렬 격자계 수치해법 ... 134
• 가. 비압축성 유체해석을 위한 수치해석 ... 134
• 나. MAC 수치해법 ... 137
• 다. 유한체적법 적용을 위한 문제 ... 139
• 라. 2상유동해석을 위한 SMAC ... 140
• 마. 질량 및 에너지 방정식의 연계 ... 151
• 3. SIMPLE 기반 비정렬 격자계 수치해법 ... 165
• 가. 수치해법 절차 ... 165
• 나. 평가계산 결과 ... 166
• 4. 대류항의 2차 정확도 구현 ... 168
• 가. 대류항의 2차 정확도 확장 개요 (조형규 외 2009, Cho et al., 2010) ... 168
• 나. 비정렬 격자계에서의 유한체적법 ... 169
• 다. CUPID 대류항의 2차 정확도 확장 ... 181
• 라. 2차 정확도 CUPID 코드를 이용한 계산 결과 ... 186
• 마. 다류항 2차 정확도 확장의 요약 및 결론 ... 204
• 제5절 기기 상세해석을 위한 다차원 열전도체 해석 모듈 개발 ... 206
• 1. 열전도 방정식 및 수치해법 ... 206
• 2. 열전도체 모델 독립 검증 결과 ... 210
• 가. 예시문제-1 ... 210
• 나. 예시문제-2 ... 211
• 다. 예시문제-3 ... 213
• 3. 유체 모델 독립 검증 결과 ... 214
• 4. 열전도체-유체 연계 검증 계산 결과 ... 217
• 가. 2차원 열평형 계산 ... 217
• 나. 3차원 열평형 계산 ... 218
• 다. 2차원 에너지 보존 계산 ... 219
• 라. 전도체가 존재하는 2차원 완전 발달 유동 계산 ... 221
• 5. 열전도 모델의 1차원 응용법 ... 223
• 6. 열전도체 모델 향후 개선항목 ... 225
• 제6절 수치해석 격자계 구성기법 및 기기열수력 모듈의 일관계산환경 개발 ... 226
• 1. 비정렬 격자계 구성 방법 ... 226
• 2. 범용 격자자료 처리기 개발 ... 228
• 3. CUPID의 일괄계산환경 개발 ... 229
• 가. 일괄계산환경 개발 개요 ... 229
• 나. Problem Data, 초기-경계조건 입력 및 계산실행 ... 230
• 다. 출력 가시화 ... 232
• 제7절 기기 열수력해석 모듈의 확인(Verification) 및 검증(Validation) ... 233
• 1. Verification 개념문제 체계 수립 및 평가 ... 233
• 가. 1차원 수직관의 비등유동 ... 234
• 나. 2차원 정상상태 단상유동 계산 ... 234
• 다. 3차원 비등유동 계산 ... 236
• 라. 2차원 파이프에서의 감압에 의한 Flashing 현상 계산 ... 238
• 마. 유로면적감소에 의한 2차원 Flashing 현상 계산 ... 240
• 바. 물-공기 2상유동 3차원 계산 결과 ... 241
• 사. 2차원 상분리 문제 ... 243
• 아. 2차원 수직관 비등유동을 이용한 SMAC 기반 Decoupled 알고리즘의 평가계산 ... 244
• 자. Verification 결과 요약 및 결론 ... 246
• 2. 실증 실험자료에 의한 CUPID의 Validation 수행 ... 247
• 가. 2차원 Dam Break 유동 실험 해석 ... 247
• 나. BODO 실험 해석 결과 (조형규 외, 2009, Cho et al, 2010) ... 252
• 다. 수직관 물/공기 혼합체 유동 실험 ... 271
• 라. 격납용기 증기/공기 혼합현상 실험 ... 271
• 부호설명 ... 282
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 286
• 제1절 연구개발 목표 달성도 ... 287
• 제2절 관련 분야 기여도 ... 292
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 294
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 298
• 제1절 NEPTUNE 및 NURISP 프로젝트 ... 299
• 제2절 미국 INL의 R7 (RELAP7) Project ... 299
• 제7장 참고문헌 ... 302
• 부록1. 2상 유동 지배방정식 ... 308
• 부록2. 2007-2009년 주요 연구 내용 요약 ... 324
• 부록3. 연구성과 세부목록 ... 350
• 연구성과세부목록 ... 351
• 끝페이지 ... 360