본 연구는 PWR에서 LOCA 동안 ECCS 작동 이후 하부 재침수(bottom reflood) 조건에서 CRUD가 재침수 열전달 성능에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 원자로 내 환경을 모사하기 위해, CRUD가 침착된 시험편을 원형에 가까운 PWR 수화학 조건에서 제작하였고, 단일 가열 로드(single heated rod) 구성을 이용하여 재침수 실험을 수행하였다. 소광(quench) 전선 전파 속도, 재습윤 온도(rewetting temperature), 임계열유속(critical heat flux, CHF), 막 끓임 열전달 계수(film boiling heat transfer coefficient) 등 주요 열수력 파라미터를 고속 유동 시각화와, 내장 열전대(embedded thermocouple)에서 측정한 벽면 온도를 기반으로 한 역 열전도(inverse heat conduction) 분석을 통해 정량적으로 평가하였다. 실험 결과, CRUD가 침착된 표면에서는 소광 전선이 더 일찍 형성되었고, 소광 전선의 상향 전파 속도는 무처리(bare) 표면에서 관찰된 값보다 최대 2.3배 빠르게 나타났다. CHF는 최대 1.9배 증가한 반면, 재습윤 온도는 최대 80 °C 상승하였다. CHF 이후 구간(post-CHF region)에서 막 끓임 열전달 계수는 최대 13.6% 향상되었고, 전체 소광 시간은 약 50% 감소하였다. 고속 시각화 결과, CRUD가 침착된 표면에서는 국소적인 증기 막의 붕괴가 빈번하게 발생하고 직접적인 액체–표면 접촉 사건이 관측되었다. 이러한 결과는 CRUD의 다공성 미세구조와 친수성 표면 특성이 냉각수 공급을 촉진하고 증기 막의 불안정을 유도함으로써, LOCA 동안 과열된 연료봉의 재침수 열전달 성능을 향상시킬 수 있음을 시사한다.

본 연구는 PWR에서 LOCA 동안 ECCS 작동 이후 하부 재침수(bottom reflood) 조건에서 CRUD가 재침수 열전달 성능에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 원자로 내 환경을 모사하기 위해, CRUD가 침착된 시험편을 원형에 가까운 PWR 수화학 조건에서 제작하였고, 단일 가열 로드(single heated rod) 구성을 이용하여 재침수 실험을 수행하였다. 소광(quench) 전선 전파 속도, 재습윤 온도(rewetting temperature), 임계열유속(critical heat flux, CHF), 막 끓임 열전달 계수(film boiling heat transfer coefficient) 등 주요 열수력 파라미터를 고속 유동 시각화와, 내장 열전대(embedded thermocouple)에서 측정한 벽면 온도를 기반으로 한 역 열전도(inverse heat conduction) 분석을 통해 정량적으로 평가하였다. 실험 결과, CRUD가 침착된 표면에서는 소광 전선이 더 일찍 형성되었고, 소광 전선의 상향 전파 속도는 무처리(bare) 표면에서 관찰된 값보다 최대 2.3배 빠르게 나타났다. CHF는 최대 1.9배 증가한 반면, 재습윤 온도는 최대 80 °C 상승하였다. CHF 이후 구간(post-CHF region)에서 막 끓임 열전달 계수는 최대 13.6% 향상되었고, 전체 소광 시간은 약 50% 감소하였다. 고속 시각화 결과, CRUD가 침착된 표면에서는 국소적인 증기 막의 붕괴가 빈번하게 발생하고 직접적인 액체–표면 접촉 사건이 관측되었다. 이러한 결과는 CRUD의 다공성 미세구조와 친수성 표면 특성이 냉각수 공급을 촉진하고 증기 막의 불안정을 유도함으로써, LOCA 동안 과열된 연료봉의 재침수 열전달 성능을 향상시킬 수 있음을 시사한다.

본 연구는 하이퍼바포트론(hypervapotron) 구조에서의 내부 유동과 비등 거동을 분석하기 위한 2차원 CFD 프레임워크를 개발하였다. 본 모델은 계면 열전달 접근법과 확장 RPI 벽 비등 모델을 결합하여 소용돌이 유도 상변화 현상을 포착한다. 격자 민감도 분석 결과, 250 μm 메쉬(y⁺≈40)가 최적으로 확인되었으며, 주요 소용돌이 구조를 해상하고 수치적 인공물 없이 안정적인 열구배를 제공하였다. 단일 핀 시뮬레이션에서는 t≈0.5 s에서 비등이 시작되었고, 곧이어 주된 소용돌이가 기포 수송을 지배하여 증기 분출과 액체 보충의 “바포트론 효과(vapotron effect)”를 재현하였다. 배열 시뮬레이션에서는 낮은 열유속(1 MW/m²)이 안정적인 냉각을 지지한 반면, 높은 열유속(2 MW/m²)은 증기막 형성과 기포 축적을 유발하였다. 이러한 결과는 하이퍼바포트론과 같은 초고열유속 냉각 시스템의 정확한 열해석을 위해 결합 비등 모델과 메쉬 해상도의 중요성을 강조한다.

본 연구는 베스트에스티메이트 열수력 해석 코드(best-estimate thermal-hydraulic analysis code)를 사용하여 가압경수로(pressurized water reactor)에서 냉각재 상실 사고(loss-of-coolant-accident, LOCA) 동안 원자로 연료봉의 재침수(reflood) 열전달 거동에 대한 CRUD의 영향을 조사하였다. CRUD 층의 열적 물성 및 비등 열전달 특성의 변화가 면밀히 검토되었고, 이러한 변화를 반영하기 위한 일련의 보정 계수가 코드에 구현되었다. CRUD의 효과를 반영하는 열구조 층(heat structure layer)을 연료 피복관(fuel cladding)의 외부 표면에 추가하였다. 수치 시뮬레이션을 수행하여 FLECHT-SEASET 및 LOFT의 대표적인 분리 효과(separate) 및 통합 효과(integral effect) 시험에서 과열된 연료봉의 재침수 냉각에 대한 CRUD의 영향을 살펴보았다. LOFT 해석에서는 정상 상태 운전 동안 CRUD의 낮은 열전도율로 인해 평균 피복관 온도가 증가하였으나, 두 해석 모두에서 피복관의 최고 온도는 감소하였고, 담금(quenching) 시간은 단축되었다. 얻어진 결과는 다공성 CRUD 층이 연료 피복관 위에 침적될 때 상반된 두 가지 효과가 동시에 나타남을 보여주었다. CRUD 층의 낮은 열전도율은 정상 운전 동안 항상 연료 온도를 상승시키지만, 그 친수성(hydrophilic) 다공성 구조는 LOCA 동안 연료봉의 재침수 냉각을 가속하는 데 기여할 수 있다.