레이저 산소 하이브리드 커팅을 위한 초음속 노즐 고도화에 관한 연구
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학술지명
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발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
336-336(1쪽)
제공처
수명이 다한 원자력 발전소는 영구정지에 돌입하고 그에 따른 원전해체 산업이 대두되며, 원전해체 기술이 필요하여 연구적으로 활발히 이루어지고 있다. 원전해체 절단 기술 중 하나인 Laser Assisted gas cutting(LASOX)에 대한 연구 개발을 진행하고 있다. LASOX 공정의 핵심은 초음속 노즐부에 있다. 본 연구의 목적은 초음속 노즐 성능에 영향을 미치는 주요 인자들의 상관관계에 대해 알아보고 초음속 노즐 고도화에 관한 연구이다. 초음속 노즐의 효과적인 분사 길이를 확보하기 위해 선행 연구를 통하여 LASOX 공정의 주요 인자들을 파악하고 실험 계획법(Design of Experiment)을 세워 인자와 수준 수를 결정하였다. 주요 인자는 NPR(Nozzle Pressure Ratio), Nozzle Area Ratio, Exit Angle로 결정하였다. 전산유체역학 시뮬레이션 프로그램은 ANSYS Fluent를 사용하였고 초음속 노즐 유동의 효율적인 계산을 위해 2D 축 대칭 모델로 설계하고 정상상태로 가정한 다음 해석을 진행하였다. 중력과 외력은 무시하고 노즐 벽면에는 단열조건과 no-slip조건을 설정한 다음 해석을 진행하였으며, 난류 모델은 k-ω SST turbulence model을 적용하였다. 유동 해석 결과 노즐 면적 비가 크면서 NPR이 낮은 수준의 경우 출구 부분에서 수직 충격파가 강하게 발생하는 것을 볼 수 있었고 그로 인해 노즐 출구 밖의 효과적인 유동 분사 길이가 가장 짧아지는 것을 확인하였다. 효과적인 분사 길이의 표준화 결과는 노즐 면적 비와 출구 각의 교호작용이 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. 향후 이러한 결과를 바탕으로 원전해체 절단 기술을 고도화하기 위해 마하수의 안정성을 고려한 균일한 유동장을 구현하면서 효과적인 분사 길이를 구현하는 초음속 노즐을 설계하고자 한다.
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