In this study, the physical and numerical models are developed to analyze the cooling capability of the passive containment cooling system (PCCS). The PCCS is one of the key passive safety features being developed for the next generation of pressurized water reactors. It is designed to transfer the heat directly from the reactor containment structure to the environment such that the containment design pressure and temperature are not exceeded, and thereby to maintain the containment integrity and minimize the release of radionuclides following any postulated design basis accidents. The functions and several concepts of the PCCS are introduced in this thesis. Also heat transfer mechanisms and applicable correlations are discussed. A numerical scheme is developed to calculate the heat removal rate of the PCCS. The model includes that the heat is firstly convected by condensation of steam through the containment atmosphere to the inner wall of containment sell, and then conducted through the containment wall, and subsequently convected to water film or air flowing along the outer wall of containment shell. To estimate the capability of the PCCS, the heat removal rate is evaluated as a function of the shell surface covered by water film. The developed model is used for the performance assessment of the AP600 PCCS. The calculational result shows that, if the PCCS water is sufficient, the PCCS is capable of effectively cooling the containment following an accident. In addition, sensitivity studies are performed to investigate the effect of containment dimension, noncondensable gas content in containment atmosphere, and the saturation temperature of the steam inside containment.
본 논문에서는 피동형 격납용기 냉각계통(PCCS)의 열제거 능력 분석을 위한 물리적, 수치적 모델이 개발되었다. PCCS는 차세대 가압 경수로 개발에 있어서 핵심적인 피동형 안전 특징들 중의 하나이다. 이것은 격납용기로부터 대기로 직접 열을 전달하여 격납용기가 설계압력과 온도를 초과하지 않도록 설계함으로써 설계기준 사고시 격납용기의 건전성을 유지하고 방사성 물질의 누출을 최소화 하도록 하였다.
PCCS의 기능과 여러가지 개념들이 본 논문에서 소개되어지고 열전달 메카니즘과 적용 가능한 열전달 계수의 상관식들이 논의되었다. 이 모델에서 열은 처음에 격납용기 대기로부터 수증기의 응축에 의해 격납용기 안쪽벽으로 전달되고, 그 다음에 격납용기벽을 통과하여, 최종적으로 격납용기 바깥쪽벽을 따라 흐르는 물이나 공기로 대류에 의해 전달된다. PCCS의 열제거 능력을 알아보기 위해, 열제거율을 물로 덮인 격납용기 외부표면의 함수로서 계산하였다.
개발된 모델은 AP600 PCCS의 성능 평가를 위해 사용된다. 계산결과로부터 만약 PCCS의 물이 충분하다면 사고시 PCCS가 격납용기를 충분히 냉각시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 격납용기의 크기, 격납용기내 불응축 기체의 농도, 그리 고 격납용기내부 증기의 포화온도 등의 영향들을 알아보기 위한 민감도 분석을 실행하였다.
