사용후핵연료 건식저장 연료수송용기의 전산유체역학 해석

전문가 제언

○ 사용후핵연료 저장용 시멘트 연료수송용기(concrete cask)는 핵연료의 건전성 유지를 위해 핵연료 집합체를 냉각하고, 규제측면에서 핵연료 피복관 온도를 673K 이하로 유지하여야만 한다. 그래서 사용후핵연료 저장용기의 열-유체역학이 안전성 분석에서 핵심 사안이 되고 있다.

 

○ 본 논문은 FLUENT 14.0 코드로 3D 전산유체역학(CFD, computational fluid dynamics) 시뮬레이션 모델을 개발하여 HI-STORM 100S 사용후핵연료 연료수송용기의 열적 거동을 연구하였다. 연료 집합체를 기공매체로 가정하고 압력 손실과 유효 열전달계수를 유도하기 위한 근사법을 개발하여 열-유체해석을 하고 설계/열부하/주위온도에 대한 민감도 분석을 하였다.

 

○ 정상상태에서 HI-STORM 100S 연료수송용기에 대해 3D CFD 모델을 적용하여 연료의 최대온도가 규제온도(673.15 K)보다 50K 더 낮은 것을 확인하였다. 민감도 분석에서 최대온도에 대한 설계에서 주위온도의 영향은 중간정도이나 열 부하의 영향이 가장 컸다. 연료 집합체의 정상 배열에서 40%에 가까운 열적 여유를 보였지만, 규제온도보다 4% 작은 최대온도를 보이는 열 부하 배열도 있음을 알았다.

 

○ 한국의 사용후핵연료는 2024년도 경에 발전소 내 저장 용량이 한계에 도달하게 된다. 이를 해결하기 위해 임시저장으로 건식저장을 선택한다면 건식저장 시설은 저장용기와 포장(overpack)의 공통적인 단순구조로 구성된다. 그래서 한국원자력안전기술원에서는 이 시설에 적용할 수 있는 열 해석 방법론을 제시하였고, 또한 학교 및 기타 기관에서도 건식저장용기의 열 해석에 대한 연구를 수행하고 있다.

 

○ 본 연구는 미국에서 개발 중인 HI-STORM 건식저장 연료수송용기에 대한 열 해석을 FLUENT 14.0 코드로 3D CFD 시뮬레이션 할 수 있는 모델을 개발하는 방법론을 제시하고 있다. 이는 FLUENT 코드뿐만 아니라 다른 열 해석 코드를 사용한 CDF 시뮬레이션 모델개발에 유효한 아이디어를 줄 수 있다고 생각된다.

 

저자

Luis E. Herranz, Jaime Penalva, Francisco Feria

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

에너지

연도

2015

권(호)

76()

잡지명

Annals of Nuclear Energy

과학기술
표준분류

에너지

페이지

54~62

분석자

박*화

분석물

• 사용후핵연료 건식저장 연료수송용기의 전산유체역학 해석.pdf [510,300 byte]

이미지변환중입니다.