Thermal-Hydraulic Analysis and Parametric Study on the Spent Fuel Pool Storage

기사용 핵연료 저장조에 대한 열수력 해석 및 관련 인자의 영향 평가

The objective of this study is to conduct a thermal-hydraulic analysis on the spent fuel pool and to evaluate a parametric effect for the thermal-hydraulic analysis of spent fuel pool. The selected parameters are the Reynolds Number and the gap flow through the oater gap between fuel cell and fuel bundle. The simplified flow network for a path of fuel cells is used to analyze the natural circulation phenomenon. In the flow network analysis, the pressure drop for each assembly from the entrance of the fuel rack to the exit of the fuel assembly is balanced by the driving head due to the density difference between the pool fluid and the average fluid in each spent fuel assembly. The governing equations ore developed using this relation. But, since the parameters(flow rate, pressure loss coefficient, decay heat, density)are coupled each other, iteration method is used to obtain the solution. For the analysis of the YGN 3&4 spent fuel rack, 12 channels are considered and the inputs such as decay heat and pressure loss coefficient are determined conservatively. The results show the thermal-hydraulic characteristics(void fraction, density, boiling height)of the YGN 3&4 spent fuel rack. There occurs small amount of boiling in the cells. Fuel cladding temperature is lower than 343.3$^{\circ}C$. The evaluation of parametric effect indicates that flow resistances by geometric effect are very sensitive to Reynolds number in the transition region and the gap flow is negligible because of the larger flow resistance in the gap flow path than in the fuel bundle.

기사용 핵연료 저장조에 대한 열수력 해석과 관련된 인자들이 열수력 해석에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다. 기사용 핵연료에서 발생하는 붕괴열(decay heat)을 제거하기 위해 일어나는 자연 순환(natural circulation)현상을 모사하기 위해 단순화된 유동망(simplified flow network)해석 모델을 사용하였다. 기사용 핵연료 저장조의 각 셀에 저장되는 연료 집합체에서 발생하는 붕괴열을 제거하기 위해 흐르는 유량의 압력 손실량이 자연순환을 일으키는 밀도차이에 의해 생성되는 구동력(driving force)과 평형을 이루는 관계를 이용하여 지배 방정식을 유도하였다. 그러나 유량, 저항 계수, 붕괴열, 밀도 등의 변수들이 서로 종속 관계를 갖기 때문에 반복 계산을 통해 해를 얻게 된다. 본 해석을 적용한 영광 3, 4호기의 경우, 12채널을 고려하였고 사용되는 입력 (저항 계수, 붕괴열)을 보수적으로 결정하였다. 본 연구를 통해 영광 3, 4호기 기사용 핵연료 저장조의 열수력 특성을 구하였다. 또한 유동로를 따라 형성되는 유동 저항중에 기하학적 요인에 의한 압력 손실은, 기사용 핵연료 저장조의 경우 압력 용기내의 유동과 달리 천이 영역(transition region)이 존재하게 되므로 Reynolds수에 민감한 것을 알 수 있다. 간극 유동은 조밀화된 연료 집합체 (consolidated fuel assembly)가 아닌 경우 무시할 수 있었다.