A general steam generator model is developed to account for various modes such as natural circulation and pot-boiling modes which can be occurred during transients. The present model can describe not only the swell and shrink phenomena, occurred by any small change in steam flowrates and feedwater flowrates but also natural circulation, pot-boiling, and tube uncovery modes which occur in sequence during the loss of feedwater transient if auxiliary feedwater is not followed by.
The void fraction concept is used instead of the quality concept to simulate counter-current flow which takes place in the pot-boiling mode after the natural circulation mode stops. The present model is based on a one-dimensional three-region model to realistically describe the swell and shrink phenomena; downcomer, tube bundle, and steam dome regions. Both of the downcomer water level and two-phase level can be predicted during the pot-boiling mode.
To verify the present model in the pot-boiling mode, a simple experiment is done and simulated by the present code. It is shown that the simulated results are relatively in good agreement with the experimental data.
증기발생기는 일차측의 냉각수를 열원으로 하여 급수계통을 통하여 유입된 급수를 가열하여 증기를 발생 시킴으로 터어빈을 구동시켜 전력을 생산하는 주요 임무를 감당하는 기관이다. 그러므로 적절한 증기발생기 모델의 개발은 안전성과 경제적 측면에서 매우 중요하다.
사고시에 증기발생기에서 일어날수 있는 현상들로 자연순환현상(Natural Circulation Mode), 팟보일링 현상(Pot-Boiling Mode), 오버필링현상(Overfilling Mode) 등을 들수있다. 기존 모델들은 습분률(Quality) 개념을 사용해 왔기 때문에 팟보일링 현상(Pot-Boiling Mode) 을 묘사할 수 없었다. 즉, 자연순환현상(Natural Circulation Mode)이 멈추고 팟보일링 현상(PotBoiling Mode) 이 시작되면 역류흐름(Counter-Current Flow)이 형성 될 수 있고, 이 경우에는 습분률(Quality) 개념이 적용 될수없다. 그러므로 본 연구에서 는 일차원 세지역 모델(One-Dimensional Three-Region Model)과 기공률(Void Fraction) 개념을 근간으로 해서 자연순환현상(Natural Circulation Mode)뿐만 아니라 팟보일링 현상(Pot-Boiling Mode)도 묘사 할 수 있는 증기발생기 모델을 개발 하였다. 비등지역(Boiling Region)의 질량 및 에너지를 구하기 위하여 기공률(Void Fraction) 개념과 Drift Flux Model을 사용 하였으며 팟보일링 현상(Pot-Boiling Mode)시 이상류 수위(Two-Phase Level)를 통한 증기의 전달을 기술하기 위해 Bubble Rise Model 을 사용하였다. 또한 본 모델은 팟보일링 현상(Pot-Boiling Mode)시 하향유로 수위(Downcomer Water Level)뿐만 아니라 이상류 수위(Two-Phase Level)도 함께 계산할 수 있다.
본 모델로 증기유량(Steam Flowrate)과 급수유량(Feedwater Flowrate)의 단계변화(Step Change)를 모사(Simulation)한 결과를 보면 본 모델이 증기발생기의 수축현상(Shrink)과 팽창현상(Swell)을 잘 묘사하고 있음을 알수있다. 그리고 급수손실 사고(LOFW Transient)의 모사결과(Simulation Results)로 부터 한가지 주목할 만한 점을 발견 할수있다. 즉, 하향유로 수위(Downcomer Water Level)가 Lo-Lo수위 트립 설정치 보다 훨씬 낮은 경우에도 이상류 수위(Two-Phase Level)는 상당히 높아서 Tube Bundle을 충분히 덮고 있기 때문에 증기발생기의 냉각력(Coolability)은 여전히 효력을 발생하고 있다는 점이다.
팟보일링 모델(Pot-Boiling Model)을 검증 하기 위하여 증기발생기의 팟보일링 현상(Pot-Boiling Mode)을 모사 할수 있는 간단한 실험을 하여 본 모델의 계산결과와 실험결과를 비교 하였다. 이상류 수위(Two-Phase Level)의 변동이 너무 심해서 어느정도의 불확실성이 존재 하기는 하지만 모사결과는 실험결과와 근사한 거동을 보여주고 있다.
그러나 보다 더 일반적인 증기발생기 모델의 개발을 위해서는 오버필링현상(Overfilling Mode)의 해석에 대한 연구가 요구된다.
