Abstract
In this study, we conducted study on the confirmation of thermal-hydraulic safety for Mast assembly with Computational Fluid Dynamics(CFD) analysis. Before performing the natural convection analysis for the Mast assembly by using CFD code, we validated the CFD code against two benchmark natural convection data for the evaluation of turbulence models and confirmation of its applicability to the natural convection flow. From the first benchmark test which was performed by Betts et al. in the simple rectangular channel, we selected standard k-omega turbulence model for natural convection. And then, calculation performance of CFD code was also investigated in the sub-channel of rod bundle by comparing with PNL(Pacific Northwest Laboratory) experimental data and prediction results by MATRA and Fluent 12.0 which were performed by Kwon et al.. Finally, we performed main natural convection analysis for fuel assembly inside the Mast assembly by using validated turbulence model. From the calculation, we observed stable natural circulation flow between the mast assembly and pool side and evaluated the thermal-hydraulic safety by calculating the departure from nucleate boiling ratio.
본 연구에서는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 해석코드를 사용하여 마스트집합체의 열수력적 안전성에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 자연대류 벤치마크 문제를 선정하여 CFD 코드의 물리모델을 선정 및 해석 능력을 검증하고 이를 이용하여 마스트집합체에 대한 자연대류 열전달 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 Betts et al.의 사각 수직공동에서 난류 자연대류 실험결과를 대상으로 CFD 해석을 수행하여 자연대류 조건에 적용하기 위한 난류 모델로 표준 $k-{\omega}$ 모델을 선정하였다. 이렇게 도출된 난류모델을 CFD코드에 적용하여 Bates et al.에 의해 수행된 PNL(Pacific Northwest Laboratory)의 $2{\times}6$ 번들 실험과 이에 대한 Kwon et al.의 MATRA, Fluent 코드의 해석과 비교 계산을 수행하여 CFD코드의 부수로조건 자연대류 열전달 해석 능력을 검증하였다. 최종적으로 도출된 $k-{\omega}$ 난류 모델을 사용하여 마스트집합체 및 핵연료 집합체에 대한 자연대류 해석을 수행하였다. 해석 결과 수조 내부 및 부수로 내에서 안정적인 자연대류 유동이 발생함을 확인하였으며, 본 유동 조건에서 핵비등이탈비를 계산함으로써 열수력적 안전성을 정량적으로 평가하였다.
