전산유체역학(CFD) 해석 및 검증

CFD 는 격자를 잘게 쪼갠다고 정답이 나오는 방법이 아닙니다. 난류처럼 직접 풀 수 없는 부분을 무엇으로 대신했는지가 결과를 정합니다. 그래서 해석 값을 설계 근거로 쓰려면 '어느 조건에서 얼마나 맞는지'가 함께 있어야 합니다.

가장 오래 붙든 대상은 소듐냉각고속로의 와이어랩 봉다발입니다. 연료봉에 나선으로 감은 철선이 냉각재를 섞는 구조인데, 그 철선이 실제로 무엇을 하는지부터 확인했습니다(Nuclear Engineering and Design, 2017). 이어서 JAEA 127봉 다발의 3차원 유동을 풀고, 같은 해 한국원자력연구원 PGSFR 의 실규모 217봉 다발까지 RANS 방법론을 밀어 올렸습니다. 이후 와류가 어디서 생기는지(2019), 부수로마다 유량이 어떻게 갈리는지(2020), 유로 한 곳이 막히면 어떻게 되는지(2021), 설계기준사고에서 피복관이 견디는지(2024), PLANDTL 설비의 37봉 다발에서 소듐이 열을 어떻게 옮기는지(2023)를 차례로 다뤘습니다.

난류 모형은 문제에 맞춰 고릅니다. 평균장만 필요하면 RANS 로 충분하지만, 시간에 따라 흔들리는 구조가 결과를 정하는 문제에서는 그것으로 부족합니다. 초고온가스로 시험설비(HTTF) 하부 플레넘은 LES 로 풀었고(2023), 나선형 코일 증기발생기의 횡유동은 LES 로 푼 뒤 고유직교분해(POD)로 구조를 갈라 보았으며(NTHAS-13, 2024), 스페이서 그리드가 만드는 횡유동과 와류는 URANS 와 DES 를 나란히 놓고 비교했습니다(2025). 해석 도구도 문제에 따라 Ansys · OpenFOAM · STAR-CCM+ 를 나눠 씁니다.

마지막은 실측과 맞대어 보는 일입니다. 굴절률을 맞춰 잰 와이어랩 19봉 다발의 속도장을 RANS 결과와 직접 비교했고(Annals of Nuclear Energy, 2020), 나선형 십자 연료는 자기공명 유속계로 잰 3차원 속도장을 해석 검증 자료로 썼습니다(NURETH-21, 2025). 논문으로 내는 해석은 격자 수렴도(GCI)를 확인하고 불확실도를 정량화하는 절차를 함께 거칩니다. 이렇게 쌓은 절차를 차세대 원자로 노심 전반에 적용할 방법론으로 정리했습니다(한국에너지학회, 2025).