• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1997년도 추계학술발표회논문집(1)
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• pp.683-688
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• 1997

원전의 중대사고 발생시 형성될수 있는 노심용융물의 고화피막층을 동반하는 용융물의 자연대류 열절달 특성에 대한 실험결과를 정밀 분석하고, 이에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 본 연구대상 실험은 종횡비가 작은 경우와 큰 경우에 대하여 용융물을 자연대류와 강제대류로서 냉각하는 조건에서 경계조건에 따른 용융물의 피막층 두께를 측정하였고, 피막층 주변의 열전달량을 측정ㆍ분석한 것이다. 실험결과를 정밀 분석한 결과, 용융물의 고화 피막층 형성이 용융물의 자연대류 열전달양에 많은 영향을 미쳤으며, 종횡비가 큰 경우는 냉각 조건도 자연대류 열전달 양에 다소 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 고화층 두께 증가에 따른 종횡비 감소는 자연대류 열전달양 감소율을 작게하는 것으로 나타났다. 피막층 형성이 있는 용융물의 자연대류 열전달 해석 결과, 실험에서의 열손실 때문에 용융물의 고화 피막층 두께가 실험결과보다 다소 작게 나타났으며, 자연대류 열전달 흐름이 피막층 형성에 미치는 것으로 나타났다.

• 태양에너지
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• 제12권3호
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• pp.60-69
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• 1992

본 연구에서는 고-액 상변화 시의 잠열을 이용한 축열방법 중에서 고상파라핀을 충전한 수직원관의 관벽을 가열하여 축열하는 경우에 대하여 관 내에서 일어나는 열전달 특성과 축열속도를 이론적으로 해석하였다. 액상에서는 자연대류를 고려하였고 고상에서는 순수 열전도 모델을 사용하였다. 고상파라핀의 초기온도와 관벽의 가열온도 그리고 관의 형상비가 축열속도에 미치는 영향을 알아보았으며, 전체 열전달과정을 순수열전도 모델로 해석하여 자연대류가 축열에 미치는 영향을 고찰하였다. 용융초기에는 관벽과 고액경계면의 영향으로 자연대류에 의한 유동은 장애를 받으나, 40% 정도의 용융이 진행된 후 부터는 내부 액상에서의 자연대류가 활발히 일어나고, 용융중기로 갈수록 관의 상부에 뜨거운 액상층이 축적되므로 자연대류는 소멸하게 된다. 전체적인 융용속도는 순수열전도에 의한 용융속도보다 빨라지게 된다. 관벽의 가열온도와 형상비가 증가할수록 관 내에서의 자연대류가 활발하게 일어나므로 용융속도는 빨라지며, 형상비가 클수록 상하부 간에 불균등한 용융이 일어난다. 고상의 초기온도는 초기의 용융속도에 큰 영향을 미치고 용융이 진행될수록 그 효과는 줄어든다.

• 태양에너지
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• 제12권1호
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• pp.48-58
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• 1992

온도가 일정한 외벽을 열원으로 하는 수직 원통형 용기내에 채워진 물질(PCM)의 내향용융 과정에서 용기의 경사각의 변화에 따른 상변화 물질 내의 온도 분포, 용융율, 용융 에너지 등을 실험적으로 연구, 분석하였다. 상변화 물질로는 용융점 온도가 $42.5^{\circ}C$인 n-docosane paraffin($C_{22}H_{46}$)을 사용하였다. 수직 원통형 용기내에서 PCM 용융의 열전달 기구는 자연 대류에 의한 용융이 지배적인 반면 경사진 용기 내에서 용융은 자연 대류 및 고상 PCM과 용기 벽면의 직접 접촉에 의한 조합된 열전달 현상으로 나타났으며, 경사진 용기 내에서 파라핀의 용융율 및 용융에너지는 동일 온도 조건에서 수직 원통형 용기에서 보다 높은 값을 나타내었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.163-163
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• 2016

아연계 도금 강판은 우수한 내식성을 가지며 특히 아연의 희생방식기구에 의해 철의 부식을 억제하므로 선박, 건축자재, 전자기기 및 자동차 등 다양한 분야에서 그 수요와 사용범위가 증가하고 있다. 또한 도금 조성비 변화 및 다양한 표면처리 방법을 통해 가혹한 환경에서의 우수한 내식성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 갈바륨(Galvalume)은 55%의 알루미늄(Al)과 45%의 아연(Zn)으로 되어 있으며, 아연의 장점인 희생방식성과 내알카리성, 알루미늄의 장점인 내구성과 내열성, 내산성을 이상적으로 결합시킨 알루미늄(Al)-아연(Zn) 고내식 합금용융도금강판이다. 본 연구에서는 갈바륨 소재를 여러 산업현장에서 강관 형태로 사용할 경우의 내식성을 파악하기 위해 갈바륨 강관과 기존에 사용되고 있는 용융도금재인 용융아연도금 강관을 비교하며 실험을 진행하였다. 냉간압연강관에 용융아연도금 약 $25{\mu}m$, 갈바륨 약 $20{\mu}m$ 두께로 제작된 강관을 사용하였으며 제작된 도금층 표면 모폴로지는 SEM을 통해 관찰하였고, XRD 분석을 통해 결정 구조를 확인하였다. 또한 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 자연침지 시험 및 3% NaCl 용액 중 전기화학적 양극분극 시험을 진행하여 평가하였다. 5% NaCl 환경에서의 염수분무 시험 결과 용융아연도금의 경우 단면에서는 90시간, 표면에서는 260시간 경과 후 적청이 발생하였다. 반면, 갈바륨의 경우에는 단면에서 210시간 경과 후에 적청이 발생하였고, 표면의 경우에는 900시간 이상에서도 적청이 발생하지 않았다. 이 결과를 통해 용융아연도금에 비해 갈바륨 도금의 내식성이 단면에서는 3배, 표면에서는 4~5배 이상 향상된 것으로 확인되었다. 또한 3% NaCl 용액 중 자연침지 시험 결과 용융아연도금 강관 표면은 24시간 경과 후 열화부를 중심으로 흑변하는 것을 확인할 수 있었으나 갈바륨의 경우에는 900시간 이상 실험이 진행되는 동안 No Scribe 및 Scribe 시편 모두 외관상 변화가 거의 없었다. 단면의 경우, 용융아연도금 시편은 900시간 이상 실험이 진행되는 동안 외관상 변화가 없었으며, 갈바륨 시편의 경우 300시간 경과 하면서 흰색의 아연 부식생성물이 나타났으나 900시간 이후로도 적청은 발생하지 않았다. 자연전위 측정결과 용융아연도금 및 갈바륨 시편 모두 유사한 전위거동을 나타냈지만 단면의 경우 갈바륨 시편이 용융아연도금에 비해 안정적인 거동을 보였다. 3% NaCl 용액 중 전기화학적 양극 분극 시험 결과 용융아연도금이 갈바륨에 비해 귀한 방향의 부식 전위 값을 나타냈으며, 부식 전류밀도도 용융아연도금이 갈바륨에 비해 더 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 염수분무시험, 자연침지시험 및 전기화학적 양극분극시험을 통해 종합적으로 분석-고찰하여 보면, 그 부식이 진행되는 과정은 융융아연도금과 달리 갈바륨 도금의 경우가 다단계적인 부식 과정을 거치면서 우수한 내식 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 즉, 갈바륨 도금은 그 도금 막에 분포된 합금상 원소 성분들이 상호 갈바닉(Galvanic) 작용하며 형성된 부식생성물이 수평적으로 자체 차단(Barrier) 역할을 하는 과정과 부분적 부식-회복 과정을 거치면서 다단계적으로 부식속도를 감소시키게 된다는 것을 확인 할 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제28권4호
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• pp.103-110
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• 2019

국내에서 개발 중인 차세대 혁신형 안전경수로인 iPOWER는 피동용융노심냉각계통의 도입을 통해 중대사고시 노심용융물을 원자로 하부에서 장기간 냉각하고 안정화시키고자 한다. 아직 피동용융노심냉각계통의 최종 설계개념이 확정되기 전이나, 원자로용기 외벽냉각을 통한 노심용융물의 노내 억류 역시 주요 중대사고 대처 전략의 하나로 검토되고 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 열수력 계통해석코드인 MARS-KS를 이용하여 원자로용기와 단열체 사이에서 형성되는 2상 자연순환 유동을 모의하였다. 냉각수의 유로를 일차원으로 모델링하고, 노심용융물의 열부하에 따른 경계조건을 정의하여 자연순환 유량을 계산하였다. 또한 냉각수의 온도 및 수위, 원자로용기 하반구 주변 기포율 및 외벽에서의 열전달모드 등 주요 열수력 변수의 과도거동을 평가하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1997년도 추계학술발표회논문집(1)
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• pp.669-674
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• 1997

LAVA(Lower-plenum Arrested Vessel Attack) 실험은 중대사고시 고온의 노심 용융물이 냉각수가 존재하는 원자로 용기 하부 반구내로 재배치되는 경우 노심 용융물과 하부반구의 열적 거동 모사와 노심용융물과 하부 반구 사이의 구조 분석 및 고화 후의 용융물형상에 대한 관측을 통하여 노심용융물의 자연 냉각 현상을 규명하고자 하는 실험 연구이다. 원자로 용기 하부 반구를 1/8로 선형 축소한 반구형 반응 용기 내부로 $Al_2$O$_3$/Fe Thermite 용융물을 주입하여 용융물과 하부 반구 사이의 구조 및 하부 반구의 열적 거동을 분석하는 실험을 2회 수행하였다. 각각 20, 40kg의 $Al_2$O$_3$/Fe Thermite 용융물을 주입시 킨 LAVA_PRE, LAVA-1 실험 결과 용융물 주입에 따른 하부 반구의 파손은 발생하지 않았으며, 유사한 실험조건에서 수행된 일본 ALPHA실험에 비해서는 하부 반구의 최대 온도가 500 K 이상 높게 측정되었고 냉각율 또한 현저히 낮게 나타났다. 이는 $Al_2$O$_3$/Fe Thermit 용융물중 과열상태의 Fe성분이 하부 반구와 용접되었기 때문으로 판단되며 보다 정확한 하부 반구의 열적거동을 모사하기 위하여 반구 시편에 대한 재료, 조직 검사를 수행하고 있다. 추후의 실험에서는 하부 반구 내외부의 압력 부하에 따른 반응 양상 및 Fe 용융물(금속용융물) 성분을 제거하고 순수한 $Al_2$O$_3$용융물(산화용융물) 만을 주입하여 용융물 성분에 따른 하부 반구의 열적거동을 분선 할 예정이다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1997년도 춘계학술발표회논문집(1)
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• pp.557-562
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• 1997

노심용융물의 노내 자연 냉각 현상은 TMI-2 사고 이래로 실험과 해석 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있으나, 아직까지는 이에 대한 명확한 규명이 이루어지지 않은 상태이다. 원자로 용기 냉각 Mechanism 중에서 노심용융물이 원자로 용기 하부 반구내로 재배치되어 하부 반구 내벽과 접촉할 때 용융물과 하부 반구 내벽 사이에 생길 수 있는 작은 간극으로 냉각수가 침투되어 노심용융물의 냉각이 이루어질 수 있다는 가정이 유력하게 제기되고 있다 본 논문에서는 노심용융물과 원자로 용기 하부 반구 사이의 간극을 통한 노심용융물의 냉각 특성을 규명하는 SONATA-IV실험 연구와 연계하여 이상 유동이 존재하는 고온 표면에서의 미세한 간극을 측정할 수 있는 방법의 검토 및 시편을 이용한 실험을 통하여 가장 적합한 간극측정기법을 도출하였다 간극 측정 기법으로는 중성자 래디오그라피, X 선 후방산란 단층기법 그리고 초음파 펄스 반사 탐상법을 검토하였으며, 시편 측정 실험결과 실시간 간극 측정방법으로는 초음파 펄스 반사 탐상법이 가장 적합한 것으로 나타났다.

• 태양에너지
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• 제10권2호
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• pp.44-58
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• 1990

본 연구에서는 파라핀을 채운 수평 원관의 관벽을 가열하여 축열할 때에 관내에서 일어나는 열전달현상을 다루었다. 용융이 진행됨에 따라 고액 밀도차에 의해서 고상이 아래로 가라앉는 침강형을 대상으로 하여 고상 윗부분의 액상에서는 자연대류를 고려한 열전달모델을 세우고, 고상의 하부와 관벽 사이의 액막에서는 중력과 부력 그리고 액막 내의 압력에 의한 힘간의 평형관계를 이용하여 액막 내에서의 열전도모델을 세워 이를 수치모사하여 이론적으로 해석하였다. 그리고 실제 실험에 의하여 시간에 따른 용융형태를 사진으로 기록하여 이를 분석함으로써 용융량을 구하였고 유동장을 가시화하여 이론적 결과와 비교하였다. 실험에서 얻은 전체 용융량을 상부액상과 하부액막에서 녹은 양으로 구분하여 용융이 진행됨에 따른 각 부분에서의 용융속도 변화를 알아보았다.

• 태양에너지
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• 제10권1호
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• pp.5-13
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• 1990

온도가 일정한 외벽을 열원으로 하는 수직원통형 축열조 내에 채워진 상변화물질의 내향용융 과정에서 자연대류에 의한 열전달현상을 유한차분법을 이용하여 수치해석하였고, 그 결과를 실험을 통하여 검증하였다. 상변화물질로는 용융점온포가 $42.5%^{\circ}C$ n-docosane paraffin($C_{22}H_{46}$)을 사용하였다. 본 연구 결과에서 상변화물질의 용융속도는 액상영역의 자연대류로 인하여 축열조 상부로 갈수록 빠른 것으로 나타났다. 그리고 상변화물질의 초기온도는 액상영역 속도분포에 큰 영향을 주지 않으며, 상변화물질의 초기온도가 낮을수록 용융속도는 늦어지고 축열조의 형상비($H/r_w$)가 커질수록 자연대류는 활발해지는 것으로 나타났다. 이러한 수치해석의 결과는 실험 결과와 잘 일치하였으나, 수치해석시 상변화물질의 용융에 따르는 체적팽창을 고려하지 않았기 때문에 용융이 진행 됨에 따라 오차가 발생하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1996년도 추계학술발표회논문집(1)
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• pp.435-440
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• 1996

PHEBUS FPT0 노내실험의 핵연료 다발에 대한 실험후 비파괴 검사 및 파괴 검사 결과를 분석하여 노심손상 후기과정을 정alf 분석하였다. 분석한 비파괴 검사결과는 gamma scanning, radiography, tomographies 였으며 파괴 검사 결과는 정밀사진, metallography, Electron Probe Micro Analysis(EPMA)였다. 그 결과, PHEBUS-FPT0 실험에 사용한 핵연료다발은 기존에 수행된 어떤 다른 노내실험의 핵연료다발보다 많이 용융되었으며 용융 pool 및 피막충의 형성, 용융물 내부의 자연대류 열전달과 이에 따른 shroud 물질 손상, 핵연료다발 물질들간의 eutectic 형성 등을 보여주었다. 특히 Ag-In-Cd 제어봉 물질과 stainless-steel이 핵연료봉 물질과 반응하여 이들의 용융온도를 낮게하여 실험 예측값보다 많이 핵연료다발이 손상되어 기존 중대사고 해석 전산코드의 개선이 요구되었다.