51. 배관에 유체가 흐를 때 압력강하에 영향을 미치는 인자가 아닌 것은? ① 유체의 속도 ② 배관의 직경 ③ 유체의 밀도 ④ 유체의 표면장력
관에서의 압력강하는 달시-바이스바하 식을 따른다. $$\Delta P = \frac{1}{2}f\frac{L}{D}\rho v^2$$ f : 마찰계수 L : 관 길이 D : 관 직경 v : 유체 속도 $\rho$ : 유체 밀도
정답 : 4
52. 원자로의 열수로계수(HCF)에 대한 설명으로 틀린 것은? ① HCF는 연료의 연소도에 영향을 받는다. ② 균질한 원자로에 비해 실제 원자로의 열수로계수가 더 높다. ③ HCF가 낮을수록 원자로 노심의 안전여유도는 증가한다. ④ HCF는 연료 및 피복재의 가공상 공차에 영향을 받는다.
열수로계수 = 최대열유속 / 평균열유속 즉, 출력분포가 골고루 평탄하게 분포하면 열수로계수가 낮은 것이고, 어느 부분에서 집중적으로 출력이 발생한다면 열수로계수는 높은 것이다.
1번 : 열수로계수는 연소도에 영향을 받는다. 연소가 덜된 주기초에는 노심 중앙부에서 출력분포가 높기 때문에 HCF가 크다. 노심 중심부가 더 빨리 연소되므로, 주기말로 갈수록 출력분포는 더 평탄해지고, HCF는 감소한다.
2번 : HCF는 균질로가 비균질로(실제 원자로)보다 더 크다. 균질로 : 감속재와 핵연료가 균질하게 혼합되어 있는 것 비균질로 : 우리 원자로처럼 감속재와 핵연료가 명확히 공간적으로 구분되어 있는 것 균질로의 경우 출력분포는 중심에서 크고, 비균질로는 상대적으로 더 평탄하다.
3번 : HCF가 클수록, 국부적으로 출력의 최댓값이 크다는 얘기이다. 출력최댓값(핵연료 온도최댓값)을 제한해야 하므로 HCF가 클수록 열적 여유도가 감소하는 것이다. 즉, HCF가 작을수록, 핵연료 최대 온도가 감소하는 것이고 열적여유도가 커져서 안전하다.
4번 : HCF에 영향을 주는 요인은 크게 두가지이다. 핵적 열수로 계수와 공학적 열수로 계수이다. 핵적열수로계수는 노심의 기하학적 모양에 따른 출력분포(중성자속분포)의 모양(우리가 배웠던 코사인모양)에 따른 것이다. 공학적 열수로계수는 이론적인 중성자속분포와 무관하게, 제작 시 발생할 수 있는 현실적인 오차에 관련된 것이다. 예를들어, 모든 핵연료 펠렛의 질량과 농축도를 완전 동일하게 제작할 수 없다. 피복재의 두께와 피복재의 갭도 모두 동일하게 제작할 수 없다. 이런 제작시 피할 수 없는 오차에 의한 것이 공학적 열수로계수이다.
정답 : 2
53. 직경이 10 mm이고 봉 사이의 거리가 20 mm인 연료봉 다발을 통과하는 유체의 레이놀드(Re) 수와 유동특성을 바르게 연결한 것은? (단, 유체의 속도는 5m/s, 밀도는 1,000 kg/m^3, 점성계수는 10^{-3} kg/m・s이다.)
① 2,046 : 층류 ② 2,046 : 난류 ③ 204,000 : 층류 ④ 204,000 : 난류
$$Re = \frac{\rho Dv}{\mu}$$
$\mu $ : 점성계수 D : 관의 열수력적 직경 v : 유체 속도
D 의 경우 관의 직경인데, 위 문제처럼 원통관이 아닌 경우에는 열수력적 직경을 반영해주어야 한다.
$$D_h = \frac{4A}{p}$$
A는 유체가 흐르는 면적이고, p는 wetted parameter 인데, 유체와 관이 맞닿는 길이이다. 즉 문제에서는 아래 그림의 빨간 선의 길이가 p 이고, 파란 빗금이 A 이다.
계산해보면, 열수력적 직경은 40.9 mm
계산된 레이놀즈수는 204,650 이다.
Re < 2000 이면 층류, 2000 < Re < 4000 이면 천이 4000 < Re 이면 난류이므로, 이 유동은 난류유동이다.
정답 : 4
54. 원형관 내부를 흐르면서 가열되는 유체유동에 대한 열전달 계산을 하려 한다. 누셀(Nu)수로부터 열전달계수를 구하고자 할 때, 필요한 인자를 바르게 연결한 것은? ① 관 지름, 관의 열전도도 ② 관 지름, 유체의 열전도도 ③ 관 길이, 관의 열전도도 ④ 관 길이, 유체의 열전도도
너셀넘버 : 대류열전달 / 전도열전달 $$Nu = \frac{hD}{k}$$
열전달계수 h를 알기 위해서는 열전도도 k와 관 직경 D를 알아야 한다.
정답 : 2
55. 가압기에 대한 설명으로 맞는 것은? ① RCS를 포화상태로 일정하게 유지하기 위해 압력을 보상하는 역할을 한다. ② 냉각재계통의 압력이 일정수준 이상으로 가압되지 않도록 가압기 하부에 안전밸브가 설치되어 있다. ③ 기동운전 시 출력에 비례하여 작동하는 비례전열기와 정상운전 시 압력신호에 의해 작동하는 보조전열기가 있다. ④ 정상운전 중에도 가압기와 냉각재계통의 붕산농도 분포를 균일하게 하고 성층화되는 것을 방지하기 위해 분무기가 작동한다.
1번 : 가압기는 1차냉각재계통을 과냉각으로 만들기 위해 가압을 해준다. 과냉각상태의 RCS는 비등하지 않고 액체상태를 유지한다. 가압을 위해 가압기에서는 포화상태인데, 증기와 물이 공존한다.
2번 : 가압기 상부에 안전밸브가 설치되어 있다. 과도상태에서 가압기가 설정치 이상으로 가압되면 안전밸브가 피동적으로 개방되어 압력을 낮춰준다
3번 : RCS 압력이 낮아지면, 가압기 하부에 있는 전열기가 열을 가해, 물을 증발시켜 압력을 높인다. 전열기는 보조와 비례전열기 두 가지가 있다. 비례전열기는 RCS 압력 신호를 받아 기준압력과 차이에 비례하는 열을 발생시킨다. 즉, RCS 압력이 많이 낮다면 더 많은 열을 발생시키고, RCS 압력이 높다면 작은 열을 발생시킨다. 보조전열기는 on, off 기능만 있다. 즉 100 % 로 열을 생성하거나 0 %로 열을 생성한다. 비례전열기는 정상운전 중에는 50 %의 열을 생성시키도록 되어있는데, 이는 가압기의 연속분무(살수) 유량에 의한 압력강하를 보상하고, 가압기 내의 정체된 물을 순환시키기 위함이다.
4번 : 가압기는 하부의 전열기로 압력을 증가시키고, 상부의 살수기로 압력을 낮추면서 압력을 유지한다. 가압기는 정상운전 중에도 소량의 연속 살수를 한다. 가압기 내에서 붕소농도의 성층화를 막고, 밀림관과 살수배관의 온도를 유지시켜 열적 충격을 완화시키기 위함이다.
