초록 ▼

○ 정성적 연구개발성과
￭ 전산유체역학 기반 형상최적화 디버터 설계 체계 확립
- 디버터 및 냉각채널 냉각증진기구 문헌조사 (주요 설계변수 결정 및 형상최적화 방안 도출)
- 전산유체역학 기반 형상최적화 설계 알고리즘/도구 개발
- 최적화 알고리즘 기반 디버터 냉각유로 단면형상 및 열전달 증진용 내부구조물 형상최적화 설계
￭ 3D 금속프린팅 기반 디버터 제작 및 냉각성능 평가체계 확립
- 3D 금속프린팅 활용 디버터 목업 제작기법 개발 및 제작
- 직접가열(direct heating)

○ 정성적 연구개발성과
￭ 전산유체역학 기반 형상최적화 디버터 설계 체계 확립
- 디버터 및 냉각채널 냉각증진기구 문헌조사 (주요 설계변수 결정 및 형상최적화 방안 도출)
- 전산유체역학 기반 형상최적화 설계 알고리즘/도구 개발
- 최적화 알고리즘 기반 디버터 냉각유로 단면형상 및 열전달 증진용 내부구조물 형상최적화 설계
￭ 3D 금속프린팅 기반 디버터 제작 및 냉각성능 평가체계 확립
- 3D 금속프린팅 활용 디버터 목업 제작기법 개발 및 제작
- 직접가열(direct heating) 방식을 이용한 디버터 냉각장치 임계열유속 평가
- 고열부하 냉각성능시험을 위한 기존 전자빔고열부하장치 계측제어시스템/냉각시스템 업그레이드
- 전자빔고열부하 시험을 통한 최적설계 디버터 목업 냉각능 검증
￭ 디버터 정상상태 10 MW/m² 표면입사열속 제거용 냉각장치 설계, 제작 및 성능 검증

○ 정량적 연구개발성과
- 국내외 SCI 발표: 9건 (국외) [+2건, 심사중]
- 국내외 학술대회: 20건 (국제 11건, 국내 9건)
- 특허출원: 1건 (국내)
- 수상실적: 2건 (국제 1건, 국내 1건)
- 인력양성: 3명 (석사 3명)

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

□ Purpose & Contents
Goal of this study is to develop new design and fabrication technique of a cooling device for divertors with the capacity higher than 10 MW/m² at steady state. To achieve the goal, the geometry optimization algorithm and design tool based on computational fluid dynamics analy

□ Purpose & Contents
Goal of this study is to develop new design and fabrication technique of a cooling device for divertors with the capacity higher than 10 MW/m² at steady state. To achieve the goal, the geometry optimization algorithm and design tool based on computational fluid dynamics analysis for a cooling device will be developed, the optimized cooling device will be fabricated using 3D printing, and experiments to verify the targeted cooling performance will be conducted.
In the 1^st subtask, the divertor thermal-hydraulic design optimization using computational-fluid-dynamics-based geometry optimization will be conducted.
• High-resolution flow boiling experiments to develop heat transfer correlations for CFD analysis of cooling devices made of 3D printed and structured surfaces
• Development of 3D CFD-based geometry optimization algorithm and design tool
• Design optimization of the cooling device using the developed design tool
• Verification experiments for the suggested optimum design parameters
In the 2^nd subtask, the fabrication and thermal-hydraulic performance test for divertor mock-ups using 3D printing will be conducted.
• Review of key technologies from the development items of ITER divertor
• Modification of the high heat flux test facility for the performance test
• Fabrication of the divertor cooling mockups using metal 3D printing based on the optimized design parameters suggested from the 1^st subtask
• Performance test of the enhanced cooling mock-ups for >10 MW/m² heat flux

□ Results
○ Qualitative R&D results
• Derivation of main design parameters for Divertor design through investigation of Divertor and enhanced cooling device technologies
• Manufacturing divertor mock-ups by 3D metal print method
• Performance tests for the divertor mockups and evaluation of the performance test method and the design method
• Geometry optimization algorithm was developed based on 3D CFD.
• Boiling heat transfer correlation was modified to apply heat transfer enhancement on engineered surfaces for 3D CFD.
• Design optimization was conducted to enhance the cooling performance by optimization algorithm.
• Cooling performance of optimized cooling channel was evaluated by experimental study.
• Optimized design for fusion divertor cooling channel was proposed.
○ Quantitative R&D results
• Journal publication: International (9)
• Conference: International (11) / Domestic (9)
• Patent application: Domestic (1)
• Award: International (1) / Domestic (1)
• Student graduation: Master degree (3)

□ Expected Contribution
• The new design and fabrication technology developed in this project can be used for the optimal design of various high heat flux components in both fusion and fission reactors.
• The developed and verified technology on PFC for fusion reactor by this project is one of the key technologies for fusion engineering and it should be applied to development of Korea fusion reactor with a ITER TBM development and DEMO development.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 7
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 8
• 1-1. 연구 개발 목적 ... 8
• 1-2. 연구 개발의 필요성 ... 8
• 1-3. 연구 개발 범위 ... 9
• 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 10
• 2-1. 세계적 수준 ... 10
• 2-2. 국내 수준 ... 10
• 2-3. 국내외 연구 현황 ... 11
• 2-4. 선행연구 내용 및 결과 ... 12
• 3. 연구 수행 내용 및 결과 ... 13
• 3-1. 연구 추진 전략 ... 13
• 3-2. 연구 개발 추진 체계 ... 16
• 3-3. 연구 수행 결과 ... 17
• 3-4. 연구개발 성과 ... 45
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 50
• 4-1. 목표 달성도 ... 50
• 4-2. 관련 분야 기여도 ... 58
• 5. 연구 결과의 활용 계획 ... 59
• 6. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 60
• 7. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 61
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 61
• 9. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 62
• 10. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 63
• 11. 기타 사항 ... 64
• 12. 참고 문헌 ... 64
• 끝페이지 ... 65