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보고서 상세정보

소형 소듐냉각고속로 원격지 성공적 도입을 위한 검증 기술 개발
Development of Technology for Viable International Deployment of Small Sodium-Cooled Fast Reactors

  • 사업명

    원자력기술개발사업

  • 과제명

    소형 소듐냉각고속로 원격지 성공적 도입을 위한 검증 기술 개발

  • 주관연구기관

    서울대학교 산학협력단

  • 연구책임자

    서균렬

  • 참여연구자

    김태우   남승현   박영철   정위수   황진석   서재욱  

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2009-01

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO200900074612

  • 과제고유번호

    1355052740

  • 키워드

    초임계유체.브레이튼 주기.열수력.공정관리.가상현실.소듐냉각고속로.Supercritical fluid.Brayton cycle.Thermal hydraulics.Process management.Virtual reality.Sodium-cooled fast reactor.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    DEKA
    Application of the DPM technology with 3B DMU models to the process and construction plan allows us to understand the act...

    DEKA
    Application of the DPM technology with 3B DMU models to the process and construction plan allows us to understand the actual construction process and predict potential problems and interferences. Also, computerization of the design, modularization of equipments, and optimization of processescan reduce construction time and cost. The 4+D TechnologyTM based DPM will eventually contribute to early deployment of advanced reactors.
    PACO
    In the Brayton cycle, such fluid conditions as temperature, pressure and so forth are changed as tile fluid passes through various components including the heat exchangers, turbine, compressors, cooler, and recuperators. The thermodynamic properties are strongly influenced by these conditions, especially near the critical and pseudocritical points. It is thus hard to predict the heat transfer characteristics of the working fluid in tile energy conversion system. PACO experiments are set up to measure the fundamental thermohydrodynamic characteristics and heat transfer coefficient in pipe flows near and exceeding the critical and pseudocritical points. The CO2 gas is injected through the compressor, and flows through a cooler and preheater. The cooler and preheater maintain fixed condition during circulation. The accumulator pressurizes the loop to 8 MPa, and tile pump provides a driving force for circulation. The temperature, pressure and mass flowrate of CO2 is checked upstream of the inlet of the test section. The subcritical CO2 is heated up to $120^{\circ}C$ and then flows up through the 1.2 m high test section. Six cylindrical heaters are installed to provide a circumferentially uniform heat flux. The PACO apparatus is being tested against leakage under pressurized condition.
    VELO
    Among various valves that control the steam flow to the turbine, the control valve is certainly the most significant. The steam flow rate is determined by the area formed by the stem disk and the seat of the control valve. While the ideal control valve linearly controls the steam mass flow rate with its stem lift, the real control valve has various flow characteristic curves pursuant to the stem lift. Thus, flow characteristic curves are needed to precisely design the control valves manufactured for tile operating conditions of power plants. VELO (Valve Engineered Layout Operation) experimentally determines tile characteristic curves for the flow control in the steam power plants. The Widows' Creek type control valve is the reference model and air is selected as the working fluid. Previous experimental flow coefficients for the high opening of the control valve and the region of high pressure ratios were found to be lower than those of the reference but essentially identical in the low opening and the region of low pressure ratios. According to the VELO test results, however, the flow coefficient in the region mentioned does not change. A difference was recently found In terms of modeling the valve and the seat through the comparison of two-dimensional drawings. It is thus revealed that the seat of tile scaled down valve in VELO has to be changed into the original one. In order to make sure whether the seat shape will increase the flow coefficients or not, the seat of tile valve in VELO is remodeled and analyzed by utilizing $CFX^{\circledR}$. It is said that the mass flow rate increased by altering the straight seat shape into $6^{\circ}$ angled one. In conclusion, it is necessary to remodel the seat shape of the test valve to improve in the flow coefficients.
    DIVA
    To precisely determine the steam mass flow rate, a methodology and theory are developed to design the steam turbine system manufactured for the operating conditions of nuclear and fossil power plants. From the steam generator or boiler to the first bunch of turbine blades, the steam passes by a stop valve, a control valve and first nozzle, each device of which is connected with piping in Figure 7.4. Ultimately, if the thermal and hydraulic conditions are defined at the stop valve, control valve and pipes, tile corresponding steam mass flow rate can be computed. The steam properties such as pressure, temperature, enthalpy and velocity specified at the inlet of each device are changed at the outlet of each device due to its structural characteristics. Dynamics Integrated Valve Analysis (DIVA) was developed to predict the steam mass flow rate. The Widows' Creek type control valve was selected as reference.
    CALA
    The control valve for a large steam turbine in a power plant has the characteristic of nonlinearity. It is found that the flow increase is much greater for a given valve position change near the closed end of travel than it is near the open end. The steam flow in the system being proportional to the ultimate desired quantity of the turbine, it is preferable to have linear operation. Thus the automatic control can be applied to this nonlinear system and it is possible to keep the frequency of electricity constant by adjusting tile control valve opening to the desired valve position. If the valve is opened less near the closed end of travel and greater near the open end, the desired linearization will be achieved. The way for linearization is producing the nonlinear electric compensation to the nonlinear system of control valves, viz. the electro hydraulic control (EHC). Control Adaptive Linearized Analysis (CALA) is working on this linearization and its principle. For convenient modeling of control system, it is necessary to approximate the valve curve with some straight lines. This approximation is a usual practice in setting up the control system of power plants. Transfer functions of the valve-position loop are obtained according to tile different locations of nonlinear signal produced at the input to valve-position loop or in tile feedback.


    미국 Argonne 국립연구소는 소듐냉각고속로 및 초임계이산화탄소 Brayton 주기 동력변환 계통 개념설계를 진행하며, 관련 설계정보를 서울대학교에 제공한다.
    서울대학교는 제공된 자료를 바탕으로, 1차 측에 대한 3차원 전자...

    미국 Argonne 국립연구소는 소듐냉각고속로 및 초임계이산화탄소 Brayton 주기 동력변환 계통 개념설계를 진행하며, 관련 설계정보를 서울대학교에 제공한다.
    서울대학교는 제공된 자료를 바탕으로, 1차 측에 대한 3차원 전자 모형을 생성한다. 또한 만들어진 3차원 전자 모형을 기반으로 가상현실에서 수치 오류나 부품 간의 간섭 등을 분석하여 설계상의 오류를 예방하고, Argonne 국립연구소와 함께 설계 개선 방향을 모색한다. 또한 서울대는 3차원 형상 모형의 공정 및 건설 계획을 가상현실기법을 사용하여 모사하는 소프트파워 기술을 이용하여 3차원 전자 모형을 통해 미국 Argonne 국립연구소의 연구 결과에 따라 일부 계통 설계 전산화와 일부 기기 모듈화 및 일부 설치 공정 최적화를 통해 원전 건설 기간 단축과 비용 절감 방안을 모색한다.
    서울대학교는 이 외에도 소형 소듐냉각고속로의 성공적인 도입을 위해 효율 향상을 통한 가격 경쟁력을 높일 수 있는 초임계 이산화탄소 동력변환 계통 설계와 관련하여 유체 관로 열수력 실험 및 구성 기기의 전산해석을 수행하여 개념설계의 타당성을 검증하고 개선을 추구한다.


  • 목차(Contents) 

    1. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...16
    2. 제 1 절 3차원 CAD 모델 개발(DEKA) ...16
    3. 제 2 절 초임계 이산화탄소 열수력 특성 기본 실험(PACO) ...16
    4. 제 3 절 터빈 제어밸브 유량계수 폭정 실험(VELO) ...16
    5. 제 4 절 제어밸브 유동전산코드 개발(DIVA) ...
    1. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...16
    2. 제 1 절 3차원 CAD 모델 개발(DEKA) ...16
    3. 제 2 절 초임계 이산화탄소 열수력 특성 기본 실험(PACO) ...16
    4. 제 3 절 터빈 제어밸브 유량계수 폭정 실험(VELO) ...16
    5. 제 4 절 제어밸브 유동전산코드 개발(DIVA) ...16
    6. 제 5 절 제어밸브 유량출력곡선의 선형화 코드 개발(CALA) ...16
    7. 제 2 장 국내.외 기술개발 현황 ...17
    8. 제 1 절 3차원 CAD 모델 개발(DEKA) ...17
    9. 제 2 절 초임계 이산화탄소 열수력 특성 기본실험(PACO) ...18
    10. 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과 ...19
    11. 제 1 절 3차원 CAD 모델 개발(DEKA) ...19
    12. 1 설계자료 습득 ...19
    13. 2 설계 도면에 대한 검토 및 이해 ...19
    14. 3 단위별 도면 분류 및 일정 계획 ...19
    15. 4 단위별 3차원 전산설계 모델링 ...20
    16. 5 예비 공정에 대한 공정 모사 ...20
    17. 제 2 절 초임계 이산화탄소 열수력 특성 실험(PACO) ...22
    18. 제 3 절 터빈 제어밸브 유량계수 측정 실험 (VELO) ...23
    19. 1 유량계수 도출 실험 및 후단배관 실험 ...23
    20. 2 제어밸브 Seat의 변형 ...27
    21. 3 전산유체해석 및 그 결과 ...27
    22. 제 4 절 제어벨브 유동전산코드 개발(DIVA) ...30
    23. 1 시스템 해석의 기본원리 ...30
    24. 2 터빈시스템 입구조건 ...31
    25. 3 정지벨브에서의 유동 특성 ...31
    26. 4 파이프에서의 유동 특성 ...33
    27. 5 제어벨브에서의 증기 특성계산 ...35
    28. 6 2번째 파이프에서의 증기 특성 계산 ...36
    29. 7 노즐 및 터빈에서의 증기 특성 계산 ...36
    30. 8 터빈 Shell과 유량 특성 ...40
    31. 제 5 절 제어밸브 유량출력곡선의 선형화 코드 개발(CALA) ...41
    32. 1 제어밸브 유량출력곡선의 비선형 특성 ...41
    33. 2 비선형 시스템과 선형화 ...42
    34. 3 제어밸브의 제어시스템과 유랑출력곡선의 근사화 ...43
    35. 4 제어밸브 유량출력곡선의 선형화 원리 ...44
    36. 5 선형화 원리의 $Simulink{\circledR}$모의실험에 의한 검증 ...47
    37. 제 4 장 목표 달성도 ...49
    38. 제 1 절 초임계 이산화탄소 열수력 특성 피력 실험(PACO,DEKA) ...49
    39. 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 ...50
    40. 제 1 절 3차원 CAD 모델 개발(DEKA) ...50
    41. 제 2 절 초임계 이산화탄소 열수력 특성 기본 실험(PACO) ...50
    42. 제 3 절 터빈 제어밸브 유량계수 측정 실험(VELO) ...50
    43. 제 4 절 제어밸브 유동전산코드 개발(DIVA) ...50
    44. 제 5 절 제어밸브 유량출력곡선의 선형화 코드 개발(CALA) ...50
    45. 제 6 장 참고문헌 ...51
  • 참고문헌

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