열유압학

Thermal hydraulics

열유압학(열유압학이라고도 함)은 열유체의 유압유동에 관한 학문이다. 이 지역은 주로 열역학, 유체역학, 열전달의 세 부분으로 나눌 수 있지만, 서로 밀접하게 연결되어 있는 경우가 많다. 일반적인 예로는 발전소의 증기 발생과 기계적인 움직임으로의 관련 에너지 전달 및 이 과정을 거치는 동안 물의 상태 변화 등이 있다. 열유압 분석은 발전소 효율과 시스템의 냉방성과 같은 원자로 설계에 중요한 매개변수를 결정할 수 있다.[1]

일반적인 형용사는 "열수화물", "열수화물", "열수화물"이다.

열역학적 해석

열역학 분석에서, 시스템에 정의된 모든 상태는 열역학적 평형 상태에 있다고 가정한다. 각 상태는 기계적, 열적, 위상 평형을 가지며, 시간에 관한 거시적 변화는 없다. 시스템 분석을 위해서는 열역학 제1법칙과 제2법칙이 적용될 수 있다.[2]

발전소 분석에서 일련의 상태는 하나의 사이클로 구성될 수 있다. 이 경우 각 상태는 개별 구성 요소의 입구/출구의 상태를 나타낸다. 구성품의 예로는 펌프압축기, 터빈, 원자로 및 열교환기가 있다. 주어진 유형의 유체에 대한 구성 방정식을 고려함으로써 각 점의 열역학적 상태를 분석할 수 있다. 그 결과, 사이클의 열효율을 정의할 수 있다.

사이클의 예로는 Carnot 사이클, Brayton 사이클, Lankine 사이클이 있다. 단순 사이클에 기초하여 수정 또는 결합 사이클도 존재한다.

온도 분포

온도는 시스템의 이해를 위해 알아야 할 중요한 수량이다. 밀도, 열전도도, 점도, 특정 열 등의 재료 특성은 온도에 따라 달라지며, 매우 높거나 낮은 온도는 시스템에 예기치 않은 변화를 가져올 수 있다. 고형에서 열 방정식은 주어진 기하학적 구조를 가진 재료 내부의 온도 분포를 얻기 위해 사용될 수 있다.

정상 상태 및 정전기 케이스의 경우 열 방정식은 다음과 같이 기록할 수 있다.

푸리에의 전도의 법칙이 적용되는 곳.

경계 조건을 적용하면 온도 분포를 해결할 수 있다.

단상 열전달

단상 열전달에서 대류는 흔히 열전달의 지배적인 메커니즘이다. 흐름이 열을 받는 분압 흐름의 경우 냉각재의 온도는 흐름에 따라 변한다. 단상 열전달의 예로는 기체냉각 원자로와 용융염 원자로가 있다.

단상 열전달 특성화를 위한 가장 편리한 방법은 열전달계수로부터 벽과 벌크 흐름의 온도차를 얻을 수 있는 경험적 접근법에 근거한다. 열 전달 계수는 열 전달 모드(예: 내부 또는 외부 흐름), 유체의 유형, 시스템의 기하학, 유량 체계(예: 층류 또는 난류 흐름), 경계 조건 등 여러 요인에 따라 달라진다.

열전달 상관관계의 예로는 Dittus-Boelter 상관관계(폭발 강제대류), 처칠 & Chu(자연대류)가 있다.

다상 열전달

단상 열전달에 비해 위상변화에 따른 열전달은 효과적인 열전달 방법이다. 일반적으로 위상변화 잠열값이 크고 유동의 혼합이 유도되어 열전달계수가 높다. 비등 및 응축 열전달은 광범위한 현상과 관련이 있다.

풀비등

고인 유체에서 풀비등이 끓고 있다. 누키야마 비등곡선은 [3]표면 과열량과 표면에 적용된 열량의 상관관계를 잘 보여주는 것이 특징이다. 초열의 다양한 정도에 따라 곡선은 자연대류, 핵비등 시작, 핵비등, 임계열속, 전이비등, 필름비등 등으로 구성된다. 각 체제는 열전달 메커니즘이 다르고 열전달계수에 대한 상관관계가 다르다.

흐름비등

흐르는 유체에서 유속이 끓고 있다. 풀비등과 비교하여 유량비등 열전달은 유압, 질량유량, 유체유형, 업스트림 조건, 벽 재료, 시스템 기하학, 적용된 열량 등 많은 요소에 따라 달라진다. 유량 비등 특성화를 위해서는 작동 상태에 대한 종합적인 고려가 필요하다.[4] 2021년 유량비등을 이용한 전기차 충전 케이블 시제품이 24.22kW의 열을 제거할 수 있어 충전 전류가 520A로 상층되는 첨단 충전 케이블의 상태보다 훨씬 높은 2,400A에 이를 수 있었다.[5]

임계 열량

핵 비등에 의한 열전달 계수는 일정 지점에 도달할 때까지 벽 과열과 함께 증가한다. 적용된 열량이 일정 한도를 초과하면 유량의 열전달 능력이 떨어지거나 현저히 떨어진다. 일반적으로 임계 열량은 PWR에서는 DNB에 해당하고 BWR에서는 드라이아웃에 해당한다. DNB 이후 또는 건조 후에서 볼 수 있는 열 전달 계수의 감소는 끓는 표면을 손상시킬 가능성이 있다. 임계 열유속과 관련된 정확한 지점과 트리거 메커니즘을 이해하는 것이 관심의 대상이다.

CHF 후 열전달

DNB형 비등위기의 경우 액체와 벽 사이에 증기액이 슬며시 유입되는 것이 특징이다. 대류 열전달 외에도 방사선 열전달은 열전달에 기여한다. 드라이아웃 후 흐름 체계는 반전 환형에서 안개 흐름으로 이동한다.

기타현상

기타 열 유압 현상이 관심 대상이다.

임계 방전

역방향 전류 흐름 제한

응축

흐름 불안정

재조명

참고 항목

참조

  1. ^ Akimoto, Hajime; Anoda, Yoshinari; Takase, Kazuyuki; Yoshida, Hiroyuki; Tamai, Hidesada (2016). Nuclear Thermal Hydraulics. An Advanced Course in Nuclear Engineering. Vol. 4. doi:10.1007/978-4-431-55603-9. ISBN 978-4-431-55602-2. ISSN 2195-3708.
  2. ^ No, Hee Cheon (1989). 핵기계공학. Seoul: Korean Nuclear Society.
  3. ^ Nukiyama, Shiro (December 1966). "The maximum and minimum values of the heat Q transmitted from metal to boiling water under atmospheric pressure". International Journal of Heat and Mass Transfer. 9 (12): 1419–1433. doi:10.1016/0017-9310(66)90138-4. ISSN 0017-9310.
  4. ^ E., Todreas, Neil (2011). Nuclear Systems Volume I : Thermal Hydraulic Fundamentals, Second Edition. CRC Press. ISBN 9781439808887. OCLC 910553956.
  5. ^ Lavars, Nick (2021-11-16). "Liquid-to-vapor-cooled cable beats the heat for 5-minute EV charging". New Atlas. Retrieved 2021-11-16.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)