평판형 히터를 이용한 상하요동 조건에서의 수조비등 열전달 및 임계열유속 변화 특성에 대한 실험적 연구

Abstract

Recently, there has been an increasing interest in floating offshore nuclear power plants and nuclear-powered ships, and active research is being conducted on related technologies. Unlike conventional land-based nuclear power plants, the thermal-hydraulic behavior within a nuclear power plant is influenced by the marine environment. However, there is a lack of understanding regarding the thermal-hydraulic phenomena within a nuclear power plant in the marine environment, necessitating the need for conducting basic experiments to comprehend the thermal-hydraulic behavior in the marine environment. In this study, a platform was designed and constructed to simulate vertical motion in the marine environment, and visualization experiments were performed using a test section. The acceleration acting on the system due to the heaving motion varies periodically. To investigate the effects of amplitude and period, which determine the minimum acceleration acting on the system, experiments were conducted by adjusting each variable. As a result, it was confirmed that under the experimental conditions of a minimum acceleration ranging from 1g to 0.55g, the amplitude and period equally influence the critical heat flux. The minimum acceleration acting on the system showed a decreasing trend as the critical heat flux decreased. The influence of the minimum acceleration on the boiling phenomenon was observed by using a high-speed camera to observe the behavior of bubbles. It was observed that the behavior of bubbles varies periodically due to the periodic changes in the acceleration acting on the system. As the acceleration acting on the system decreases, the departure diameter and growth period of bubbles increase. As the minimum acceleration decreases, the bubble growth period increases. Assuming that the phenomena in a single bubble act equally on the mushroom bubble, the growth period of the mushroom bubble increases as the minimum acceleration decreases. It is assumed that the critical heat flux occurs at a low heat flux because the liquid can evaporate in the macro layer below the bubble during the bubble growth period. |최근 해양 부유식 원전과 원전추진 선박에 대한 관심이 증가하고 관련 기술에 대해 연구가 활발히 진행중이다. 해양원전은 기존 지상원전과 달리 해양환경의 영향으로 원전 내 열수력 현상이 변화한다. 그러나 해양환경에서 원전 내 열수력현상에 대한 이해도가 부족하여 해양환경에서의 열수력 현상을 이해하기 위한 기초실험의 수행이 필요하다. 본 연구에서는 해양환경에서 원전 내 열수력 현상(열전달계수, 임계열유속)을 이해하기 위해서 해양환경 중 상하요동을 모사하는 플랫폼을 설계, 제작하고 수조비등에서 가시화 실험을 수행하였다. 상하요동에 의해 시스템에 작용하는 가속도는 주기적으로 변화한다. 시스템에 작용하는 최소가속도를 결정하는 진폭과 주기의 효과를 확인하기 위해서 각 변수를 조절하여 실험을 수행하였다. 그 결과 본 연구의 실험범위인 최소가속도 1g-0.55g 조건에서 진폭과 주기는 동일하게 임계열유속에 영향을 미치는 것을 확인했다. 시스템에 작용하는 최소가속도가 비등열전달, 임계열유속은 감소할수록 감소하는 경향이 나타났다. 최소가속도가 수조비등현상에 미치는 영향을 초고속카메라를 사용하여 기포의 거동을 관측하였다. 시스템에 작용하는 가속도의 주기적인 변화에 의해서 단일 기포의 거동이 주기적으로 변화하는 것을 확인하였다. 시스템에 작용하는 가속도가 감소할수록 기포의 이탈 직경, 기포 성장기간이 증가한다. 단일 기포에서의 현상이 버섯모양의 기포에 동일하게 작용할 것으로 가정하면 최소가속도가 감소할수록 버섯모양의 기포의 성장 기간이 증가한다. 기포 성장 기간동안 기포 아래의 macro layer에서 액체가 모두 증발할 수 있어 임계열유속이 낮은 열유속에서 발생할 것으로 추측된다.