페블베드의 혼합비에 따른 압력강하 분석

Fig. 36은 페블베드를 구성하고 있는 지금 0.50 mm인 페블의 개수 비율에 따 른 단위 길이당 압력강하를 나타낸 것이다. 크기가 작은 페블은 크기가 큰 페 블보다 동일 체적에 대해 더 큰 표면적을 가진다. 즉, 같은 체적으로 두 페블을 적층시켰을 때, 작은 페블로만 이루어진 페블베드가 비교적 더 큰 표면량 가지 기 때문에 페블 간 연결성이 향상되어 유동저항이 증가하게 된다. 결과적으로 이진 크기 페블베드(_=1600)는 단일 크기 페블베드보다 약 3.86 % 높은 부피 분율을 나타내며, 3.86 %의 부피분율 차이는 64.26 %의 압력강하 증가율을 나타 내었다.

Fig. 36 Pressure drop per unit length according to a mixing ratio of binary-sized pebbles

제 5 장 결 론

본 연구에서는 핵융합로 내벽을 구성하고 있는 블랭킷 리튬층의 핵융합 반응 으로 생성되는 열에너지의 전달효율과 삼중수소의 유동 특성에 대해 분석하였 다. 핵융합 반응으로 생성되는 열에너지는 냉각재로 전달되어 동력을 생산하게 되는데, 이때 리튬층의 입자 적층구조는 냉각재로 전달되는 에너지의 전달효율 에 영향을 미치는 중요한 요인이 된다. 리튬층의 적층구조가 조밀해질수록 입 자 간 연결성이 향상되어 효율적인 열전달이 이루어지게 되지만 시스템의 유동 저항이 증가하게 되어 핵융합의 연료인 삼중수소의 생성을 방해하게 된다. 그 렇기 때문에 리튬층의 적층구조에 따른 열전달과 유동저항의 상관관계를 적절 히 고려하여 적합한 적층구조를 찾기 위한 분석을 수행하였다.

5.1 해석결과 요약

운동이 부여되지 않은 상태에서 이진 크기 페블베드는 단일 크기 페블베드보 다 비교적 높은 부피분율과 열전도도를 보였고, 이진 크기 페블베드의 작은 페 블의 크기가 작을수록 경향이 증가하는 것을 보였다. 이진 크기 페블베드에 운 동을 부여하게 되면 부피분율이 증가하게 되지만 일정 수준을 넘어서게 되면 입자 간 분리현상으로 인해 부피분율이 감소하는 경향을 보인다. 열전도도의 경우, 부피분율에 대한 영향보다 페블 간 분리현상으로 인한 연결성 저하에 더 큰 영향을 받게 되어 운동으로 인해 부피분율이 증가함에도 불구하고 열전도도 가 감소하는 경향을 보인다.

단일 크기 페블베드는 특정 운동 주기에서 규칙적인 적층 형상을 나타내게 되어 지름이 0.50 mm, 0.75 mm인 페블이 혼합된 페블베드보다 높은 부피분율을 보이고, 페블 간 분리현상이 발생하지 않아 부피분율이 증가함에 따라 열전도 도가 함께 증가하는 경향을 보인다. 또한 이진 크기 페블베드는 조밀한 적층구 조와 페블 간 분리현상으로 인해 높은 유동저항을 보이는 반면, 단일 크기 페

블베드는 규칙적인 적층구조를 형성하고, 페블 간 분리현상이 발생되지 않기 때문에 비교적 낮은 유동저항을 보인다.

5.2 종합적인 결론

결과적으로 이진 크기 페블베드는 운동이 부여되지 않은 상태에서 단일 크기 페블베드보다 높은 적층 수준과 열전도도를 나타내지만, 운동을 부여한 상태에 서는 페블 간 분리현상과 단일 크기 페블베드의 규칙적인 적층 형상으로 인해 비교적 낮은 열전도도와 높은 유동저항을 보이게 된다. 그러므로 단일 크기 페 블베드에 적절한 운동을 부여하여 규칙적인 적층 형상을 가진 모델을 구현하는 것이 열전달과 유동저항 측면에서 효과적인 방법이다.

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