56. 원전 원자로 노심의 핵비등 이탈(DNB) 지점에 대한 설명 중 틀린 것은? ① 핵비등에서 부분막비등으로 천이되는 지점 ② 열전달률이 급격히 증가하는 지점 ③ 임계열유속인 지점 ④ 안전제한치로 관리되어야 하는 지점
위의 온도 - 열유속 곡선에서 점 a 가 핵비등이탈점이다.
가로축은 전열면온도 - 포화온도인데, 전열면 온도가 상승함에 따라
I : 자연대류
II ~ III: 핵비등
IV : 부분막비등
V : 막비등
으로 열전달이 진행된다.
원자로 1차계통의 정상운전 범위는 II. 과냉핵비등영역이다. 이 영역에서는 전열면(핵연료봉 표면)에서 기포가 생기고, 그 기포는 냉각재 속에서 수축하여 소멸하면서 열을 전달하게 된다.
핵비등에서 부분막비등으로 넘어가는 점 a 를 임계열유속이라고 하는데, 이 점을 넘어서면 열전달 효율이 급격하게 감소한다. 그렇게 되면 핵연료봉 표면의 온도는 갑자기 급상승하게되어 매우 위험하다.
따라서 a 점에 도달하지 않도록, a 점보다 충분히 왼쪽에서 운전하도록 운전제한치를 설정하고, 그것을 DNBR, 핵비등이탈률이라고 한다.
2번 : 임계열유속은 열전달률이 급격히 감소하는 지점이다.
정답 : 2
57. 가압경수로형 원전에서 습분분리재열기(MSR)와 저압터빈을 연결하는 증기배관 내부에 마찰과 열손실이 동에존재할 때, 다음 T-S선도상의 위치변화가 적절한 것은?
① 배관 마찰 : 과정 a ~ b , 열손실 : 과정 b ~ c ② 배관 마찰 : 과정 a ~ b , 열손실 : 과정 b ~ d ③ 배관마찰 : 과정 b ~ a , 열손실 : 과정 a ~ f ④ 배관마찰 : 과정 b ~ a , 열손실 : 과정 a ~ e
아래 T-S 선도에서 빨간색과 파란색은 압력이 같은 등압곡선이고, 빨간색의 압력이 더 높다.
언덕처럼 생긴 검은선은 포화곡선이다. 유체를 가열하다가 포화곡선의 왼쪽에 도달하면 액체가 비등하기 시작하고, 포화곡선 오른쪽에 도달하면 전부 기체가 된다.
문제에서 배관마찰이란 뜻은, 배관의 마찰로 인해 압력이 손실되었음을 의미한다. 즉, 압력이 낮아지려면, e, a, f 가 있는 곡선에서 c, b, d가 있는 곡선으로 옮겨와야 한다.
열손실의 경우 온도를 잃은 것을 의미하므로, 같은 등압곡선 내에서 왼쪽으로 이동하면 된다.
정답 : 1
58. 가압경수로형 원전 2차측의 열효율을 향상시킬 수 있는 방안끼리 바르게 연결한 것은? ① 증기 압력 강하, 복수기 압력 강하 ② 증기 압력 강하, 복수기 압력 상승 ③ 증기 압력 상승, 복수기 압력 강하 ④ 증기 압력 상승, 복수기 압력 상승
위의 그림은 단순한 랭킨사이클의 T-S 선도이다.
boiler(증기발생기)에서 받은 열에 비해, 터빈을 통해 생산한 일이 클수록 열효율은 높아진다.
$$열효율 = \frac{터빈으로 한 일 - 펌프에서 받은 일}{증기발생기에서 받은 열} = \frac{증기발생기에서 받은 열 - 복수기에서 버린 열}{증기발생기에서 받은 열}$$
열효율을 높이기 위해서는,
1. 증기온도를 높이거나 ( 보일러 증기압을 높이거나 과열도를 높임)
2. 복수기의 압력을 낮추거나
3. 재열, 재생사이클로 열을 더 효율적으로 사용
해야 한다.
쉽게 보면, 윗변은 위로 올리고, 밑변은 밑으로 내리고, 우변은 오른쪽으로 밀면 열효율이 증가한다.
정답 : 3
59. 원전에서 사용되고 있는 차압식 유량계의 오리피스 및 노즐 등이 마모되어 구경이 확대될 경우 실제 유량 대비 지시되는 유량은? ① 실제보다 높게 지시한다. ② 실제보다 낮게 지시한다. ③ 실제와 같게 지시한다. ④ 주기적으로 요동친다.
오리피스는 배관의 단면적을 줄여준다.
단위시간당 흐르는 유량은 오리피스 전후에 동일해야 하므로,
$$Q=A_0V_0=A_1V_1$$
단면적이 작아지면, 유속은 커진다.
유속이 커지면 베르누이 공식에 따라, 압력을 낮아진다.
즉, 유체가 오리피스를 통과하면 압력이 낮아지는데, 전후의 압력차이를 측정하여 유량을 측정할 수 있다.
베르누이 공식과, 위 유속과 단면적과의 관계식을 이용하면,
배관의 유량 Q는 차압의 제곱근에 비례하고, 그 비례상수는 다음과 같음을 보일 수 있다.
$$Q = k*\sqrt{2/\rho} * \sqrt{\Delta P}$$
$$k = \frac{A_1}{\sqrt{1-A_1^2/A_0^2}}$$
$A_1$은 오리피스의 단면적, $A_0$ 는 오리피스 통과하기 전의 단면적이다.
오리피스 유량계는 차압을 측정하고 위 비례상수를 곱해 유량을 보여준다.
근데, 만약 오리피스가 마모되어 $A_1$이 커지면, (실제 유량 Q는 동일하다면) 위 식에 따라 비례상수 k가 커지고, 그에 따라 차압은 작아진다.
그런데 유량계에서는 비례상수 k가 커지는 효과는 인식하지 못하고 단지 차압만 작아진다고 인식한다. 따라서 차압이 작아지니까 더 작은 유량을 지시한다.
정답 : 2
60. 냉각재 펌프에서 관성바퀴(Fly Wheel)을 설치하는 주요 이유는? ① 펌프 정지 시 냉각재 계통의 수격현상을 방지 ② 전원상실 시 펌프의 감속시간을 지연시켜 노심냉각을 연장 ③ 펌프정지 시 급격한 정지에 의해 펌프 축 등 기계적 장치를 보호 ④ 펌프기동 시 RCS 배관 고진동을 방지
냉각재펌프에 전기공급이 끊기면 펌프는 작동을 중단한다. 관성바퀴는 작동이 중단된 펌프가 관성의 힘으로 계속 돌게하여 속도감소(유량감소)가 완만해지도록 해준다. 이를 통해 비정상상황에서 노심냉각에 도움을 줄 수 있다.
