표면 형상 돌기·함몰이 임계열유속에 미치는 영향
Effect of geometric protrusions and depressions on critical heat flux density of the heating surface
Zihao Wang, Yanxu Huang, Yu Qiu 외 4인·Annals of Nuclear Energy·발표 2026.10· 0 인용
한국어 핵심 요약
원자력 발전소의 노심 용융물 외부 냉각(IVR-ERVC) 전략에서 임계열유속(CHF)은 압력 용기 건전성을 보장하는 핵심 한계점이다. 기존 안전성 평가는 이상적인 평면을 가정하여 장기 운전 중 발생하는 부식 및 제조 결함으로 인한 거시적 불규칙성을 간과한다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 자체 개발한 포화 풀 비등 실험 시스템과 고속 이미징 기술을 활용하여 거시적 불규칙성이 CHF에 미치는 영향 메커니즘을 체계적으로 조사했다.
실험 결과, 비등 위기에 접근함에 따라 거시적 볼록(돌기) 및 오목(함몰) 결함은 평균 CHF를 각각 약 27.4% 및 16.7% 감소시키는 것으로 나타났다. 메커니즘 분석 결과, 오목 결함은 날카로운 가공 모서리에서 삼상 접촉선(TPL) 고정으로 인한 증기 트랩을 형성하여 기포를 가두고 국부적인 건조를 유발한다. 반면, 볼록 결함은 기계적 방해를 통해 기포 이탈을 저해하여 조기 CHF를 초래한다.
이 연구는 IVR-ERVC 조건에 더 근접한 환경에서 검증될 경우, 향후 원자력 안전성 분석에서 보수적인 선택으로 '표면 열화 페널티 계수'를 고려할 수 있음을 시사한다.
섹션 미리보기
연구 배경
원자력 발전소의 안전성 평가에서 임계열유속(CHF)은 압력 용기 건전성을 결정하는 중요한 요소다. 기존 평가 방식은 이상적인 평면을 가정하지만, 실제 운전 환경에서는 부식이나 제조 결함으로 인한 표면 불규칙성이 발생한다. 이러한 거시적 불규칙성이 CHF에 미치는 영향은 제대로 연구되지 않았다.
핵심 발견
거시적 돌기 및 함몰 결함은 평균 CHF를 각각 약 27.4%와 16.7% 감소시킨다. 함몰 결함은 증기 트랩을 형성하여 기포를 가두고 국부 건조를 유발하며, 돌기 결함은 기계적 방해로 기포 이탈을 저해하여 조기 CHF를 초래한다. 이는 향후 원자력 안전성 분석에 '표면 열화 페널티 계수' 도입 가능성을 제시한다.
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