[원자력기사] 2021년 05월 15일(2회) 해설 (51~55)

※ 공부하는 수험생 입장에서 원자력기사에 관한 문제 해설조차 없는게 안타까워 만들었습니다.

저도 공부하는 입장이라 잘 모르는 부분이 많습니다.

애매한 부분은 빨간색으로 표시했으니, 참고하시면 좋을 것 같습니다.

강조하고 싶은 부분은 형광색으로 표시했습니다.

혹 잘못된 부분, 더 좋은 풀이를 알고 계신 분들은 댓글로 남겨주세요.

 

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본 게시글은 PC에 최적화되어 있습니다.

 

 

정답 : 2

 

유효흡입수두(NPSH, Net Positive Suction Head)
공동현상(Cavitation)의 발생없이 안전하게 운전할 수 있는가를 나타낸 척도

공동현상(Cavitation)
빠른 속도로 액체가 운동할 때 액체의 압력이 증기압 이하로 낮아져서 액체 내에 증기 기포가 발생하는 현상

 

3. NPSH가 클수록 펌프 내 공동현상이 일어날 확률이 작습니다.

 

이를 기반으로 생각해보면

 

1. NPSH는 펌프 입구 유체의 압력이 높을수록 커진다.

압력이 높을수록 공동현상이 발생할 확률이 작아지겠죠?

따라서 압력이 높을수록 NPSH는 커집니다.(공동현상의 확률이 작아집니다.)

 

2. NPSH는 펌프 입구 유체의 온도가 높을수록 커진다.

조금 애매한 지문입니다.

제 생각에는 온도가 높을수록 밀도가 낮아지므로

기포가 생길 확률이 증가하기 때문에가 아닌가 싶은데..

 

NPSH의 개념을 이 문제를 보고 처음 접하게 돼서 조금 어렵네요.

 

정답 : 3

 

이 문제를 풀기 위해서는 아래와 같은 Boiling Curve를 알아야 합니다.

 

Boiling Curve

 

온도의 차에 따라 유체와 기포의 거동이 변하게 되는데 다음과 같습니다.

 

A - B : 핵 비등(Nucleate Boiling)

B - C : 천이 비등(Transition Boiling)

C - D : 막 비등(Film Boiling)

 

또한 B 지점은 임계 열유속(Critical Heat Flux)입니다.

 

Boiling Curve의 개념 또한 노심의 열전달에 있어 매우 중요하기 때문에 추후 포스팅 하겠습니다.

 

3. B가 아닌 C(Leidenfrost Point)가 천이 비등에서 막 비등으로 옮겨가는 지점입니다.

 

(제가 알기로는 T를 천천히 증가시키면 B -> C -> D의 거동을 보이나,

T를 급격히 변화시키면 B -> D로 바로 옮겨간다고 알고 있습니다.

그렇게 보면 B도 맞는 거 아닌가...?)

 

 

정답 : 2

 

2. 위의 Boiling Curve를 보시면 핵 비등(Nucleate Boiling)일 때, 기포가 발생하는 걸 알 수 있습니다.

 

핵 비등은 기포가 발생함으로써 열 전달이 매우 효과적으로 이루어지게 됩니다.

 

따라서, 연료봉 표면에서 기포가 발생하는 핵 비등이 발생해야합니다.

 

정답 : 2

 

추후 추가하겠습니다.

 

 

정답 : 1

 

핵비등이탈률(DNBR, Departure Nucleate Boiling Ratio)은 노심 열전달에 있어서 매우 중요한 개념입니다.

 

추후 포스팅하겠습니다.

 

간단히 설명드리면,

 

$$DNBR=\frac{Q_{CHF}}{Q_{Actual}}$$

 

DNBR은 임계 열유속과 국부 최대 열유속의 비입니다.

 

임계 열유속에 비해 현재의 열유속이 얼마만큼인지 판단하는 척도입니다.

 

임계 열유속은 절대 넘어서면 안되는 일종의 제한선으로 생각하시면 됩니다.

 

즉, DNBR은 클수록 안전하다는 의미입니다.

 

따라서, DNBR이 1이라는 말은 임계 열유속과 현재 열유속이 같다는 말이고,

 

이 상황에서는 피복재(Cladding)등의 건전성을 장담할 수 없습니다.

 

사고 발생 가능성이 무척 높아진다는 뜻입니다.

 

따라서, 최소 핵비등이탈률이 1이상이어야 한다는 말은 틀린 말입니다.

 

1보다 더 커야합니다.

 

(실제 운영하고 있는 원전에서 DNBR이 얼마나 나오나 찾아보는데 잘 안나오네요.

보통 CHF의 70%정도를 최대 출력으로 놓는다고 하니

1/0.7 = 1.4 정도가 아닐까 싶습니다.)