수치해석을 이용한 스팀 발생 및 분사 시스템 성능 평가

Abstract

스팀 생성 및 분사 시스템에 있어서 분사되는 스팀의 양, 온도, 건도 등의 스팀 퀄리티를 균일하게 유지하는 것은 시스템의 성능과 직결된다. 스팀 성질의 균일성은 스팀 발생기와 분사 노즐의 형상에 크게 영향을 받으므로 형상에 따른 성능을 파악하고 성능을 최대화할 수 있는 최적화된 형상을 찾는 것은 주요 설계 목표이다. 본 연구에서는 스팀 발생기 내부의 상변화를 모사할 수 있는 다상 모델 및 상변화 파라미터를 선정하고 분사되는 스팀의 퀄리티에 영향을 줄 것으로 예상되는 스팀 발생기 및 분사 노즐의 주요 형상 파라미터를 변경시켜 가면서 수치해석을 수행하였다. 다수의 분사구가 존재하는 분사 시스템에 대하여 각 분사구에서의 스팀 성질의 균일성을 성능 지표로 두고 형상 파라미터에 따라 각 분사구의 스팀 토출 질량, 평균 온도의 편차를 비교하여 시스템에 대한 성능 평가를 수행하였다. 이를 통하여 형상 파라미터에 따른 노즐 분사구에서의 스팀의 유량, 온도의 특성을 파악할 수 있었으며 스팀 발생기와 분사 노즐 시스템 설계 시 노즐 분사구에서의 스팀 성질과 시스템 성능 변화를 예측할 수 있는 수치해석 모델을 구축하였다. |In a steam generating and spraying system, uniformly maintaining the steam quality such as the amount, temperature, and dryness of the sprayed steam is directly related to the performance of the system. Since the uniformity of steam properties is greatly affected by the shape of the steam generator and spray nozzle, it is the main design goal to identify the performance according to the shape and find the optimized shape that can maximize the performance. In this study, a multi-phase model and phase change parameters that can simulate the phase change inside the steam generator are selected and numerical analysis is performed while changing the main shape parameters of the steam generator and spray nozzle that are expected to affect the quality of the sprayed steam. was performed. For an injection system with multiple injection holes, the uniformity of the steam properties at each injection hole was set as a performance index, and the difference in the steam discharge mass and average temperature of each injection hole was compared according to the shape parameter to evaluate the system performance. . Through this, it was possible to grasp the characteristics of the steam flow rate and temperature at the nozzle outlets according to the shape parameters, and a numerical analysis model was built to predict changes in the steam properties and system performance at the nozzle injection port when designing the steam generator and spray nozzle system.