• Nuclear Engineering and Technology
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• 제49권1호
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• pp.103-112
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• 2017

Application of the supercritical condition in reactor core cooling needs to be properly justified based on the extreme level of parameters involved. Therefore, a numerical study is presented to compare the thermalhydraulic performance of supercritical and single-phase natural circulation loops under low-to-intermediate power levels. Carbon dioxide and water are selected as respective working fluids, operating under an identical set of conditions. Accordingly, a three-dimensional computational model was developed, and solved with an appropriate turbulence model and equations of state. Large asymmetry in velocity and temperature profiles was observed in a single cross section due to local buoyancy effect, which is more prominent for supercritical fluids. Mass flow rate in a supercritical loop increases with power until a maximum is reached, which subsequently corresponds to a rapid deterioration in heat transfer coefficient. That can be identified as the limit of operation for such loops to avoid a high temperature, and therefore, the use of a supercritical loop is suggested only until the appearance of such maxima. Flow-induced heat transfer deterioration can be delayed by increasing system pressure or lowering sink temperature. Bulk temperature level throughout the loop with water as working fluid is higher than supercritical carbon dioxide. This is until the heat transfer deterioration, and hence the use of a single-phase loop is prescribed beyond that limit.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제50권7호
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• pp.1060-1067
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• 2018

A feasibility of reusing option of spent nuclear fuel in a fusion-fission hybrid system without partitioning was checked as an alternative option of pyro-processing with critical reactor system. Neutronic study was performed with MCNP 6.1 for this option, direct reuse of spent PWR fuel (DRUP). Various options with DRUP fuel were compared with the reference design concept; transmutation purpose blanket with (U-TRU)Zr fuel loading connected with pyro-processing. Performance parameters to be compared are transmutation performance of transuranic (TRU) nuclides, required fusion power and tritium breeding ratio (TBR). When blanket part is loaded only with DRUP, initial $k_{eff}$ level becomes too low to maintain a practical subcritical system, increasing the required fusion power. In this case, production rate of TRU nuclides exceeds the incineration rate. Design optimization is done for combining DRUP fuel with (U-TRU)Zr fuel. Reactivity swing is reduced to about 2447 pcm through fissile breeding compared to (U-TRU)Zr fuel option. Therefore, a required fusion power is reduced and tritium breeding performance is improved. However, transmutation performance with TRU nuclides especially $^{241}Am$ is degraded because of softening effect of spectrum. It is known that partitioning and transmutation should be accompanied with fusion-fission hybrid system for the effective transmutation of TRU.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권2호
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• pp.248-254
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• 2016

오늘날 폐수처리는 슬러지의 증가와 환경규제의 이유로 매우 중요해지고 있다. 슬러지처리는 폐수처리플랜트에 있어서 운영비의 50%를 차지하므로 슬러지 분해에 있어서 경제성 있는 방법이 대두되고 있다. 습식산화 반응은 폐수의 유기물을 효과적으로 제거해주고 슬러지 분해 뿐만 아니라 바이오연료의 전구체로 쓰일 수 있는 휘발성 유기산이 부산물로도 나온다. 습식산화 반응은 고온 고압의 높은 조건의 단점이 존재하지만 중력식 반응기를 통한 수두압으로 운영비를 줄일 수 있다. 본 연구에서는 상용프로그램인 Aspen Plus를 이용하여 아임계 조건에서 PSRK 상태방정식을 이용하여 공정모사 하였다. 중력식 반응기의 길이, 산화제 종류, 슬러지 유량과 산화제 주입 위치에 따라 사례 연구를 해보았으며 중력식 반응기 1000 m, 유량이 2 ton/h일 때에 유기물의 전환률은 92.02%, 유기산 효율은 0.17 g/g이였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.650-658
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• 2006

통계적 실험계획법을 이용하여 TDI 공정에서 발생하는 고체 폐기물(TDI-R)을 근임계수로 가수분해하여 TDA로 재활용하는 연구를 진행하였다. Batch 반응기를 이용한 실험으로부터 TDA 수율에 미치는 주요 인자들의 영향과 교호작용을 확인하였고, pilot plant를 이용한 연속공정 실험을 통해 TDA 수율과 공정 변수들의 상관 식을 도출하였다. TDA 수율에 영향을 주는 주요 인자들은 반응온도, 촉매 종류 및 농도, 물과 TDI-R의 중량비(WR) 등이 유효한 것으로 파악되었다. 반응 온도와 촉매 농도가 증가할수록 TDA 수율은 감소하였고, WR이 증가할수록 수율은 증가하였으며, 촉매로는 $Na_2CO_3$보다 NaOH를 사용하는 것이 효율적이었다. 주요 인자들의 교호작용으로는 촉매농도와 반응온도, WR과 반응온도, 촉매 종류와 반응시간 등이 유효한 것으로 파악되었다. 아임계 온도인 $300^{\circ}C$에서는 촉매 농도 영향이 작지만 초임계수 온도인 $400^{\circ}C$에서는 촉매 농도가 증가할수록 수율이 감소하였다. 반면 $300^{\circ}C$에서 WR이 증가하면 수율이 증가하지만 $400^{\circ}C$에서는 영향이 나타나지 않았다. Pilot plant를 이용하여 scale-up에 필요한 공정 변수의 최적화 실험을 실시하였다. 공정의 경제성, 효율성을 고려하여 공정변수로는 촉매농도와 WR을 정하였고, 중심합성 설계법을 이용하여 TDA 수율에 미치는 인자들의 영향을 파악하였다. 촉매 농도에 따라 수율은 증가하며, 촉매 농도가 낮을 때는 WR이 2.5 이하에서 수율이 최대값을 보인 후 WR이 증가함에 따라 수율이 감소하지만 촉매 농도가 증가하면서 최대값을 보이는 WR이 증가하는 경향을 보였다. Pilot plant 실험 결과를 회귀 분석하였으며 TDA 수율을 예측할 수 있도록 촉매 농도와 WR이 변수인 2차 식으로 상관식을 도출하였다.