A correlation model for the prediction of bubble size in a pool using a venturi scrubber is proposed. The proposed model was developed based on the experimental results on the behavior of bubbles generated according to the flow change of the gas injected into the pool with a venturi scrubber. This was used as basic information for estimating the decontamination factors(DFs) of pool scrubbing. The proposed model improved the prediction performance of DFs compared with the results of experiments under high Weber number and Reynolds number conditions.
In the experiment, the bubble behavior with gas injection into the pool through a venturi scrubber was measured using a wire-mesh sensor. The bubble size data in the pool were compared with the predictions of previous bubble size models. It was confirmed that previous models overestimated the bubble sizes compared with the experimental data. Therefore, a bubble size prediction model was developed based on the experimental data when considering a nozzle with a large diameter.
To validate the proposed model, comparative evaluations were performed with the scrubbing performance experiments of Korean CFVS. Because experimental data reflected both the decontamination effect of the venturi scrubber and pool, both venturi scrubbing and pool scrubbing were evaluated. For venturi scrubbing, DFs were calculated based on the droplet size prediction model in the venturi scrubber using Lee’s model. For pool scrubbing, the DFs were calculated by applying the bubble size prediction model in the BUSCA code. Finally, the comprehensive scrubbings were calculated by the product of the venturi scrubbings and the pool scrubbings DFs. In the pool scrubbing calculation, the model provided by the BUSCA code and EPRI model were compared with the bubble prediction model proposed in this study. Overall, the DFs reflected in the proposed model showed an average of 55% or more superior prediction performance compared to other models when compared with the experimental data. It considers the effect of venturi scrubbing in the prediction of pool scrubbing performance.
본 연구에서는 스크러빙 노즐을 활용하여 풀 내 기체주입 시 생성되는 버블크기 예측을 위한 모델 상관식을 제안하였다. 제안된 모델은 풀 내 벤츄리 타입의 스크러빙 노즐(벤츄리 스크러버)을 설치 후 주입기체의 유량변화에 따라 풀 내 생성된 버블거동에 대해 관측한 실험결과를 바탕으로 개발되었으며, 개발된 모델은 풀스크러빙에 의한 제염계수 추정을 위한 기본정보로 활용되었다. 분석결과, 제안된 모델은 높은 웨버수와 레이놀즈 수 조건에서 벤츄리 스크러버를 이용한 풀스크러빙 실험결과와 비교해 볼 때 제염계수 예측성능이 향상되었다.
실험에서는 벤츄리 스크러버를 통해 풀 내부로 기체 주입에 따른 버블 거동을 Wire-mesh sensor를 활용하여 측정하였다. 실험결과 확인된 풀 내 버블크기를 기존 실험연구를 통해 제안된 풀내 버블크기 예측모델들과 비교하였으나, 기존모델들 모두 본 연구에서 확인된 실험결과에 비해 버블크기를 과대하게 예측하고 있음을 확인하였다. 따라서, 대형직경을 가진 노즐 적용 시 버블크기 예측모델을 실험결과에 기반하여 개발하였다.
그리고, 제안모델에 대한 검증을 위해 국산 격납건물여과배기계통 개발 시 스크러빙 용기에서의 제염성능을 확인한 실험결과와 비교평가를 수행하였다. 해당 실험결과는 벤츄리 스크러버에 의한 제염과 풀에서의 버블거동에 따른 제염효과가 모두 반영된 결과이므로, 벤츄리 스크러빙과 풀스크러빙 모두 평가하였다. 벤츄리 스크러빙은 Lee의 유한상한대수분포를 이용한 벤츄리 스크러버 내 액적크기 예측모델을 기반으로 제염계수를 계산하였고, 풀스크러빙은 BUSCA 코드에 본 연구에서 제안한 버블크기 예측모델을 반영하여 제염계수를 계산하였다. 그리고 벤츄리스크러빙과 풀스크러빙 제염계수의 곱으로 종합 스크러빙 효과를 확인하였다. 풀 스크러빙 계산 시에는 제안된 모델의 활용 적절성을 확인하기 위해 BUSCA 코드에서 제공하는 모델 및 EPRI 모델을 반영한 계산을 함께 수행하였다. 그 결과, 전반적으로 본 연구에서 제안된 모델을 반영한 경우의 제염계수가 실험결과와 비교 시 타 모델에 비해 평균 55% 이상 우수한 예측성능을 보여주고 있으며, 이는 풀 스크러빙 성능예측에 있어 벤츄리 스크러버에 의한 영향을 반영하고 있다.
