초록 ▼

○ VHTR 원자로 내부유동에 대한 효율적 3차원 열유체해석 방법론 개발을 위해 입자분포함수 상호작용을 이용하는 단일/다중 완화시간 래티스볼쯔만방법(Lattice Boltzmann Method, LBM)의 전산유체해석 지배방정식을 수립하였음.
○ 거시적 물리량과 래티스 모델 간 스케일링, 운동량교환모델(Momentum Exchange Model)을 적용한 곡선경계면 처리 방법론과 Sub-Grid 난류해석 모델을 수립하고, 이러한 모델을 바탕으로 Solver 및 MATLAB 코딩을 개발하였음.
○ 실린더, 상류방향스텝 구조

○ VHTR 원자로 내부유동에 대한 효율적 3차원 열유체해석 방법론 개발을 위해 입자분포함수 상호작용을 이용하는 단일/다중 완화시간 래티스볼쯔만방법(Lattice Boltzmann Method, LBM)의 전산유체해석 지배방정식을 수립하였음.
○ 거시적 물리량과 래티스 모델 간 스케일링, 운동량교환모델(Momentum Exchange Model)을 적용한 곡선경계면 처리 방법론과 Sub-Grid 난류해석 모델을 수립하고, 이러한 모델을 바탕으로 Solver 및 MATLAB 코딩을 개발하였음.
○ 실린더, 상류방향스텝 구조, 실린더 집합체 등 다양한 기본 구조를 통한 층류/천이/난류유동의 벤치마킹 해석을 수행하고 기존 해석/실험 결과와 비교하여 본 방법론과 코딩의 기본적인 적합성을 확인하였음.
○ 초고온가스로 노심의 복잡한 유동분포의 보다 더 효율적으로 해석하기 위한 유동네트워크 방법론을 수립하였고, 횡류유동 특성 연구를 위한 실험장치 및 시험방법론을 개발하였음. 실제 크기의 두 개의 적층된 핵연료블록을 모사한 실험장치를 구축함에 있어 다양한 간극형태 시험이 가능하도록 설계하였고. 제작오차 최소화를 위해 알루미늄 조립 형태로 제작하였다.
○ 실험장치 용량이 시험요건에 부합하는지 평가하는 예비해석을 수행하였고 그 결과 시운전 결과가 타당성을 확인하였다.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results

1. Development of 3-D governing equations for LBM thermal-fluid dynamic analysis for the VHTR core
- Survey on the recently emerging computational fluid dynamic analysis such as SPH(Smooth particle hydrodynamics) and LBM (Lattice Boltzmann Method)
- Determination of the LBM a

Ⅳ. Results

1. Development of 3-D governing equations for LBM thermal-fluid dynamic analysis for the VHTR core
- Survey on the recently emerging computational fluid dynamic analysis such as SPH(Smooth particle hydrodynamics) and LBM (Lattice Boltzmann Method)
- Determination of the LBM as a present CFD methodology for 3D VHTR core thermo-fluid dynamic analysis
- Establishment of the LBM governing equations using the Single Relaxation Time(SRT) and Multiple Relaxation Time(MRT) models
- Smagorinsky Sub-Grid Large Eddy Simulation(LES) model is incorporated into the LBM turbulence model.

2. Development of boundary condition models, solver and coding for LBM 3-D core thermal-fluid analysis
- Flow domain scaling methodology and recently emerging Momentum Exchange Method is applied for development of wall boundary treatment.
- Computational solver and MTALAB coding is developed to solver thee LBM equations using the Single Relaxation Time(SRT) and Smagorinsky Sub-Grid Large Eddy Simulation(LES) model.
- The developed coding is benchmarked against several 2D flow geometry such as laminar and turbulent flow past a cylinder and turbulent flow through simulated 5 staggered VHTR rod bundle geometry.
- The benchmarking results show that the present SRT-SGS-LBM coding calculated divers 2D basic CFD problems and thus it is determined that the coding is appropriate for further development for 3D MET-SGS-LBM planned in the Phase II.

3. Development of methodology for the flow analysis network code and methodology for cross flow experiment
- Collection of existing research through a literature survey of network code
- Deriving the governing equation
- Development of methodology for the flow network code
- Schematic design of cross flow experiment
- Methodology for experimental test and pre-calculated results of CFD

4. Construction of cross-flow experimental apparatus and test operation of the experimental apparatus
- Detailed design of cross flow experimental apparatus to develop the correlation of cross flow loss coefficient
- Construction of real-scale and two stacked fuel block experimental apparatus
- Test operation for the cross gap Reynolds number
- CFD modeling and analysis for the experimental facility

(출처 : SUMMARY 11~12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 요약서 ... 3요 약 문 ... 4SUMMARY ... 9CONTENTS ... 13목차 ... 15제1장 연구개발과제의 개요 ... 17 제1절 연구개발의 목적 ... 17 제2절 연구개발의 필요성 ... 17 제3절 연구개발의 목표 및 범위 ... 20제2장 국내외 기술개발 현황 ... 23 제1절 VHTR에 대한 전산유체해석 기술 ... 23 제2절 노심 유동분포 해석코드 개발 및 노심우회유동 특성 실험 ... 36제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 48 제1절 VHTR 원자로에 대한 래티스볼쯔만 기반 3차원 열유체 지배방정식 개발 ... 48 제2절 유동 및 경계면 처리 방법론, Solver 및 코딩 개발 ... 63 제3절 노심 유동 네트워크 해석 코드 개발 방법론 및 노심 횡류유동 특성 실험 방법론 수립 ... 107 제4절 노심 횡류유동 실험장치 시작품 제작 및 시운전 ... 132제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 142 제1절 목표 달성도 ... 142 제2절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 144제5장 연구개발의 활용 계획 ... 145 제1절 VHTR 원자로에 대한 전산 열유체해석 방법론, Solver 및 코딩 개발 ... 145 제2절 노심 유동 네트워크 해석 코드 개발 및 노심 횡류유동 특성 실험 ... 145제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 146 제1절 VHTR 원자로에 대한 전산 열유체해석 방법론, Solver 및 코딩 개발 ... 146 제 2 절 노심 유동 네트워크 해석 코드 개발 및 노심 횡류유동 특성 실험 ... 148제7장 참고문헌 ... 150끝페이지 ... 156