[보고서]차세대 컴퓨팅 환경에 기반한 초고속 3차원 열수력 해석기술 개발

정지환

차세대 컴퓨팅 환경에 기반한 초고속 3차원 열수력 해석기술 개발
Fast 3-dimensional Thermal-hydraulic Analysis Technology based on Advancing Information Technology 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	부산대학교 Busan National University
연구책임자	정지환
참여연구자	이승홍 , 정문기 , 김원태 , 이대용 , 김동환
보고서유형	3단계보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2011-03
과제시작연도	2010
주관부처	교육과학기술부
사업 관리 기관	한국연구재단
등록번호	TRKO201200003128
과제고유번호	1345114495
DB 구축일자	2013-05-20
키워드	클러스터 컴퓨터,전산유체역학,난류모델,압력손실계수,가압경수로,고온가스로Cluster computer,Computational Fluid Dynamics,Pressure loss coefficient,Pressurized Water Reactor,Very High Temperature Reactor

초록 ▼

원자력 발전소의 안전해석에 관련된, 예를 들면 upper plenum, lower plenum에서의 유동해석 또는 fuel rod bundle에서의 난류해석 등과 같은 3차원 열수력 해석을 수행하려면 복잡한 geometry 때문에 경험상 적어도 500 만개 이상의 격자가 필요하다. 이러한 문제 때문에 기존의 PC급의 컴퓨터로는 원자력 발전소의 안전해석에 관련된 초고속 3차원 열수력 해석을 할 수 없다. 위와 같이 매우 큰 컴퓨팅 파워와 많은 계산이 소요되는 3차원 열수력 해석을 초고속으로 수행하기 위해 실험실 규모에서 운영할 수 있

Abstract ▼

STAR-CD, a commercial CFD code is used to analyze the flow field, pressure and temperature distribution inside the reactor vessel of the KSNP and VHTR. The calculation domain is built as the same as the geometry of the reactor vessel and internals including flow skirt, instrument guide tubes, and lower support structure. A quarter geometry of the KSNP is considered as the calculation domain. Based on these flow field analysis, a method that can evaluate k-factor for downcomer and lower plenum. The k-factor is required to be provided for the safety analysis using system analysis codes such as RELAP, TRACE, and MARS.

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 3
보고서 요약서 ... 4
요약문 ... 5
SUMMARY ... 7
목차 ... 11
제1장 연구개발과제의 개요 ... 17
제2장 국내외 관련기술의 현황 ... 19
제1절 국외연구현황 ... 19
제2절 국내연구현황 ... 21
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 22
제1절 초고속 3차원 열수력 해석 시스템 구축 ... 22
1. 초고속 3차원 열수력 해석을 위한 하드웨어 구축 ... 22
2. 병렬계산이 가능한 전산유체역학 시스템 구축 ... 29
제2절 난류모델검증 ... 33
1. 연구내용 ... 33
(1) 난류모델 ... 33
(2) 압력손실 ... 37
2. 연구결과 ... 46
(1) 급격확대관 ... 46
(2) 급격확축소관 ... 46
(3) 오리피스관 ... 47
3. 결론 ... 54
제3절 가압경수로 유동해석 ... 55
1. 연구내용 ... 55
(1) 유동영역 및 격자 생성 ... 55
(2) 수치해석 ... 57
2. 연구결과 ... 68
(1) 유동분포 ... 68
(2) 압력분포 ... 71
(3) 압력손실계수 계산 ... 72
3. 결론 ... 93
제4절 초고온가스로 열유동해석 ... 94
1. 연구내용 ... 94
(1) 고온가스로 3차원 CAD 모델링 ... 94
(2) 격자생성 ... 96
(3) 수치해석 ... 98
(4) 초기 및 경계조건 ... 107
2. 연구결과 ... 122
(1) 유동분포 ... 122
(2) 온도분포 ... 123
3. 결론 ... 136
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 137
제1절 목표달성도 ... 137
제2절 관련분야에의 기여도 ... 138
제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 139
제6장 참고문헌 ... 140
제7장 부록 ... 142
연구성과(연구마루 입력성과) ... 151
자체평가의견서 ... 165

표/그림 (70)

표 Fig. 3.1 System organization.
표 Fig. 3.2 Network organization.
표 Fig. 3.3 Cluster computer and UPS.
표 Fig. 3.4 Total pressure loss at pipe systems.
표 Fig. 3.5 Schematic for sudden-expansion.
표 Fig. 3.6 Schematic for sudden-contraction
표 Fig. 3.7 Schematic for orifice.
표 Fig. 3.8 Mesh generation.
표 Fig.3.9 Streamlines for sudden-expansion flow.
표 Fig. 3.10 k-factor for sudden-expansion.
표 Fig. 3.11 Streamlines for sudden-contraction flow.
표 Fig. 3.12 k-factor for sudden-contraction.
표 Fig. 3.13 Streamline for orifice flow.
표 Fig. 3.14 k-factor for orifice(A1/A0=0.30).
표 Fig. 3.15 k-factor for orifice(A1/A0=0.50).
표 Fig. 3.16 NSSS layout of Korean Standard Nuclear Power Plant (KANP).
표 Fig. 3.17 1/4 cut 3D CAD model NSSS lower plenum.
표 Fig. 3.18 1/4 cut 3D CAD model NSSS lower plenum.
표 Fig. 3.19 Top-view of the mesh.
표 Fig. 3.20 Side-view of the mesh (lower part only).
표 Fig. 3.21 Detailed view of the mesh.
표 Fig. 3.22 Mesh sensitivity.
표 Fig. 3.23 Treatment of roughness element.
표 Fig. 3.24 Velocity magnitude contour in downcomer and lower plenum.
표 Fig. 3.25 Downward velocity of coolant in downcome.
표 Fig. 3.26 Velocity vector plot in lower plenum (cont.).
표 Fig. 3.26 Velocity vector plot in lower plenum (cont.).
표 Fig. 3.26 Velocity vector plot in lower plenum.
표 Fig. 3.27 Velocity vector plot in lower plenum.
표 Fig. 3.28 Velocity vector plot around holes perforated in flow distributer.
표 Fig. 3.29 Velocity magnitude in lower plenum (cont.).
표 Fig. 3.29 Velocity magnitude in lower plenum (cont.).
표 Fig. 3.29 Velocity magnitude in lower plenum (cont.).
표 Fig. 3.29 Velocity magnitude in lower plenum.
표 Fig. 3.30 Domain of lower support structure.
표 Fig. 3.31 Mass flux at each compart of lower support structure.
표 Fig. 3.32 Total pressure contour in downcomer and lower plenum.
표 Fig. 3.33 Total pressure contour in lower plenum.
표 Fig. 3.34 RELAP5 nodalization for KSNP.
표 Fig. 3.35 CFD sub-domain fallow RELAP5 nodalization.
표 Fig. 3.36 Junction of CFD domain.
표 Fig. 3.37 Layout of Prismatic type VHTR.
표 Fig. 3.38 (a) Reactor lower plenum components.
표 Fig. 3.38 (b) Reactor upper plenum components.
표 Fig. 3.39 (a) Bottom view of the lower section.
표 Fig. 3.39 (b) Side view of the lower section.
표 Fig. 3.40 Annular cross vessel including inlet and outlet.
표 Fig. 3.41 Side view of the upper section.
표 Fig. 3.42 Half section of the full geometry.
표 Fig. 3.43 Reactor cavity cooling system scheme.
표 Fig. 3.44 Fluid domain.
표 Fig. 3.45. Solid domain.
표 Fig. 3.46 Conjugated domain.
표 Fig. 3.47 Standard fuel element and Control or reserve shutdown fuel element.
표 Fig. 3.48 Fuel assembly and graphite reflector arrangement.
표 Fig. 3.49 Fuel block geometrical parameter.
표 Fig. 3.50 Unit block CFD analysis.
표 Fig. 3.51 Boundary conditions.
표 Fig. 3.52 (a) Velocity magnitude.
표 Fig. 3.52 (b) Velocity magnitude.
표 Fig. 3.53 Mach number contour.
표 Fig. 3.54 Static pressure contour.
표 Fig. 3.55 (a) Natural convection in reactor cavity (upper region).
표 Fig. 3.55 (b) Natural convection in reactor cavity (lower region).
표 Fig. 3.56 (a) Temp. distribution (fluid).
표 Fig. 3.56 (b) Temp. distribution (fluid region).
표 Fig. 3.57 Temp. distribution (solid).
표 Fig. 3.58 Temp. distribution (conjugate region).
표 Fig. 3.59 Temperature distribution along radial.
표 Fig. 3.60 Temperature analysis results 30˚ section.

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
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연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

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