A new computational method, named HEMFIS (Homogeneous Equilibrium Model Fully Implicit Scheme), was developed to simulate thermal hydraulic operational transients in a real-time accident simulator for PWR.
The fluid model is based on one-dimensional, single-fluid conservations for mass, energy, and momentum, including spatial acceleration, compressibility, and thermal expansion effects.
In the finite difference form, we use the noncon servation form for the energy and momentum equations. The fully implicit scheme is used to eliminate a time-step limitation for simulation of slow transients: both of convective and sonic terms are treated implicitly. The nonlinear finite difference equations are linearized by the Newton-Raphson method for quick convergence. First, the energy equation is solved to obtain enthalpy. The spatial acceleration term in the momentum equation is manipulated with the mass equation so that the mass flow rate can be expressed only in terms of pressure. Putting the mass flow rate expressed in terms of pressure in the mass equation, we finally obtain the linear equation with the pressure variables.
The main advantage of the present numerical scheme over the typical safety analysis codes such as WFLASH and RELAP-4 is its ability of fast running, maintaining its accuracy comparable to them.
The numerical scheme was tested with analytical methods and LOFT blowdown experiments. Excellent accuracy and no stability limitation with fast running were proved.
이상 유체 운동 방정식을 풀기 위한 보다 진보된 수치 해석법을 개발하였다. 이 수치 해석법은 원자력 발전소 Simulator의 열유체 움직임을 모사하기 위한 Software를 위해 고안되었으며, 이상 유체의 모델은 Homogeneous Equilibrium Model 을 쓰고 해석 방법으로 Fully-Implicit Method를 이용한다.
이 새로운 수치 해법은 Fully-Implicit Method 를 씀으로 해서 시간 간격의 크기에 제한을 받지 않으므로 매우 느린 과도 현상도 빨리 계산해 낼 수 있는 장점이 있다.
수치 해석 과정은 유체 지배 방정식을 Newton-Raphson방법을 써서 선형화된 차분 방정식으로 만들고, 비보존형 에너지 방정식을 씀으로서 먼저 에너지 방정식으로부터 유체의 Enthalpy 분포를 얻고 운동량 방정식에서 유체 유동량을 압력만의 함수로 표현하여 이것을 질량 보존 방정식에 대입하여 압력만을 미지수로 갖는 행렬식을 만들어 이것을 풀게 된다.
수치 해석법의 검증을 위하여 몇가지 이상 유체 유동 현상에 대해 수치해와 해석해 또 실험 결과와의 비교가 행해졌다. 모든 경우에 있어서 만족할만한 결과를 얻었으며 새로운 수치 해법이 이상 유체 방정식을 정확히 풀 뿐만 아니라 계산 시간도 매우 빠름이 입증되었다.
