사이펀 차단기 시뮬레이션 프로그램의 개발 및 활용

Abstract

일부 연구용 원자로의 설계조건상 사이펀 현상은 배관 파단 사고 시 수조수의 지속적인 방출을 유발할 수 있다. 사이펀 차단기는 이러한 현상을 효과적으로 제한하기 위한 안전장치로, 유체역학적인 특성상 사이펀 차단 현상 해석을 위해 고려해야 할 변수가 많고 계산이 복잡하다. 이에 사이펀 차단 현상을 쉽게 분석할 수 있는 프로그램을 개발하게 되었다. 윈도우8 운영체제에서 비쥬얼 스튜디오 2012를 이용하여 MFC프로그래밍으로 개발되었으며, 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 GUI형식으로 개발되었다. 개발된 프로그램은 사용자가 입력한 값으로부터 유체역학적 관계식을 통해 3단계의 연산과정을 거쳐 시뮬레이션을 진행한다. 베르누이 방정식으로부터 유속과 유량을 구하여 수위, 언더슈팅, 압력, 손실계수, 그리고 이상 유동과 관계된 값들을 연산한다. 프로그램에 적용된 이상유동 해석모델은 Chisholm 모델이며, 실제와 유사하게 시뮬레이션이 가능함을 확인하였다. 시뮬레이션 결과는 그래프를 통해 나타나기 때문에 사용자는 전체적인 차단 현상을 쉽게 파악하는 것이 가능하며, 시뮬레이션 데이터의 저장 또한 가능하다. 따라서 사용자는 사이펀 차단기 시뮬레이션 프로그램의 사용을 통해 사이펀 차단 현상을 쉽게 확인할 수 있으며, 사이펀 차단기의 실제 설계에도 이용할 수 있을 것으로 기대된다. In the design conditions of some research reactors, the siphon phenomenon can cause continuous efflux of water during pipe rupture. A siphon breaker is a safety device that can prevent water efflux effectively. However, the analysis of the siphon breaking is complicated because many variables must be included in the calculation process. For this reason, a simulation program was developed with a user-friendly GUI to analyze the siphon breaking easily. The program was developed by MFC programming using Visual Studio 2012 in Windows 8. After saving the input parameters from a user, the program proceeds with three steps of calculation using fluid mechanics formulas. Bernoulli's equation is used to calculate the velocity, quantity, water level, undershooting, pressure, loss coefficient, and factors related to the two-phase flow. The Chisholm model is used to predict the results from a real-scale experiment. The simulation results are shown in a graph, through which a user can examine the total breaking situation. It is also possible to save all of the resulting data. The program allows a user to easily confirm the status of the siphon breaking and would be helpful in the design of siphon breakers.