국립창원대학교 박용갑 교수 연구팀과 한국전기연구원(KERI) 서영민 박사팀이 소형 모듈 원자로(SMR) 수동 냉각 시스템의 핵심 기술인 자연대류 열전달 연구를 국제 학술지에 발표했다.

해당 논문은 열유체 분야 국제 학술지 'International Communications in Heat and Mass Transfer'에 게재됐다. 서영민 박사가 제1저자, 박용갑 교수가 교신저자로 참여한 공동 연구다.

연구의 핵심은 십자형 구조 내부 열원 주변에서 발생하는 3차원 자연대류 유동과 열전달 특성을 수치 해석으로 분석하고, 인공지능 예측 모델을 결합한 데 있다.

자연대류 냉각은 펌프 같은 능동 장치 없이 유체의 밀도 차와 중력에 의한 부력으로 열을 이동시키는 방식으로, 전력 상실 사고 시에도 원자로 잔열을 안정적으로 제거할 수 있어 차세대 원자로 안전 설계의 핵심 기술로 꼽힌다.

연구팀은 부력의 영향을 나타내는 Rayleigh 수와 구조 반경을 주요 변수로 3차원 수치 해석을 수행했다. 그 결과 작은 반경에서는 열 플룸(plume)이 활발히 형성되며 열전달이 강화되고, 중간 반경에서는 구조 간 간섭으로 성능이 다소 감소하며 큰 반경에서는 대류 흐름이 안정화되며 냉각판 벽면의 열전달이 증가하는 패턴을 확인했다.

또 인공신경망(ANN) 기반 예측 모델이 실제 수치 해석 결과와 높은 상관성을 보여 복잡한 열전달 성능을 빠르게 예측하는 설계 도구로 활용 가능함을 입증했다.

박용갑 교수는 "앞으로 소형 모듈 원자로의 수동 냉각 시스템뿐 아니라 열교환기, 전자 냉각, 극저온 저장 시스템 등 다양한 열관리 기술 분야에 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다.