지하처분장내 고준위 방사성 폐기물 발열량에 따른 자연환기력 연구

In this study, the natural ventilation pressure resulting from the large altitude difference which is a characteristic of high radioactive waste repository and the caloric value of the heat emitted by wastes was calculated and based on the results, natural ventilation quantities were calculated. A high radioactive waste repository can be considered as being operated through closed cycle thermodynamic processes similar to those of thermal engines. The heat produced by the heating of high radioactive wastes in the underground repository is added to the surrounding air, and the air goes up through the upcast vertical shaft due to the added heat while working on its surroundings. Part of the heat added by the work done by the air can be temporarily changed into mechanical energy to promote the air flow. Therefore, if a sustained and powerful heat source exists in the repository, the heat source will naturally enable continued cyclic flows of air. Based on this assumption, the quantity of natural ventilation made during the disposal of high radioactive wastes in a deep geological layer was mathematically calculated and based on the results, natural ventilation pressure of $74{\sim}183$Pa made by the stack effect was identified along with the resultant natural ventilation quantity of $92.5{\sim}147.7m^3/s$. The result of an analysis by CFD was $82{\sim}143m^3/s$ which was very similar to the results obtained by the mathematical method. 본 연구에서는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 특징인 높은 고도 차이와 폐기물에서 발생하는 발열량에 따른 자연 환기력을 계산하고 이를 바탕으로 자연 환기량을 계산하였다. 고준위 방사성 폐기물 처분장은 열엔진과 유사한 폐쇄 싸이클의 열역학적인 과정을 따른다고 볼 수 있다. 지하처분장내 고준위 폐기물의 발열에 의한 열이 공기에 추가되고 이로 인해 공기가 upcast 수직갱을 통해 위로 올라가는 동안 팽창됨에 따라 주위에 일을 하고, 이때 한 일에 의해 첨가된 열의 일부분은 임시로 기계적 에너지로 변함으로서 공기의 흐름을 촉진할 수 있다. 이는 처분장 내에서 지속적이고 강력한 열원이 존재한다면 자연 지속적인 공기의 싸이클적 흐름을 가능하게 할 것이다. 이를 바탕으로 고준위 방사성 폐기물의 심지층 처분시 발생되는 자연 환기량을 수학적 방법으로 계산한 결과 굴뚝효과에 의하여 폐기물 발열량에 따라 $74{\sim}183$Pa의 자연 환기력이 계산되고 이에 따른 자연 환기량은 $92.5{\sim}147.7m^3/s$이 계산되었다. 또한 CFD의 자연환기량 해석결과는 $82{\sim}143m^3/s$로서 수학적인 방 법과 비교하여 매우 비슷한 결과를 나타내었다.