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관 내 비등시스템에서의 2상유동의 동적 불안정

전문가 제언: ○ 2상유동 불안정현상이 문제되는 중요한 분야의 하나는 비등수형 원자로(BWR)의 노심이다. 비등수형 원자로의 노심에서는 유동의 재분포 등으로 인하여 냉각재 채널에서 유동 진동이 일어날 수 있으며, 이 유동 진동은 다음의 이유로 바람직하지 않다. 첫째는 연속적인 유동진동은 부품의 기계적 강제진동을 일으키며, 이 부품은 피로로 인하여 파손이 발생할 수 있다.

○ 둘째는 유동진동은 특히 액체 냉각 원자로에서 시스템 제어의 문제를 유발한다. 왜냐하면 냉각재인 액체는 액체 냉각 원자로에서 감속재의 역할도 하기 때문이다. 셋째는 유동 진동은 국소적 열전달특성과 비등에 영향을 준다. 실험에 의하면 DNB(Departure from Nucleate Boiling)에서의 CHF(Critical Heat Flux)의 값은 유동이 진동할 때 40% 이상 낮아진다는 것이다. 이것은 노심의 출력밀도를 현저하게 감소시키게 된다.

○ 실제의 BWR에서의 불안정으로 인한 대표적 사고는 스웨덴의 Forsmark-1 원자로, 미국의 LaSalle-2 원자로 및 WNP-2 원자로에서 일어났다. Forsmark- 1(970MWe)에서의 사고는 1987년에 있었는데 연료교환과 보수를 마치고 출력을 올리는 도중 65% 출력에서 노심 냉각재 채널에서의 큰 진폭의 유동 진동을 관찰한바 있었다.

○ LaSalle-2(1078MWe)에서의 사고는 1988년에 있었으며, 재순환 펌프가 비상정지된 후 자연순환 조건 하에서 과잉 중성자속 진동이 일어났다. 이로 인하여 급속한 출력의 감소와 일부 제어시스템의 교란으로 급수공급 시스템의 제어가 불능한 상태를 초래하였다. WNP-2(1225MWe)에서는 1992년에 시동운전 중 출력진동이 일어났다. 이로 인하여 출력과 유량이 감소하는 결과를 초래하였다.

○ BWR에서의 유동 불안정을 방지하기 위한 대책으로 노심출력 대 노심 유량의 도면(Map)을 작성하여 불안정을 피할 수 있는 운전구역을 지정하고 있다. 이 글에서 실제 2상유동 불안정의 사례를 소개한다면 더욱 이해가 증진되었을 것이다.

저자: S. Kakac, B. Bon
자료유형: 학술정보