액체 헬륨탱크 운영 과정에서 외부 흔들림 자극에 의해 기액계면 형태 및 기액 상간 열 전달과 질 전달 특성이 변경돼 탱크 내 유체열역학 특성의 동적 응답이 발생한다. 액체 헬륨탱크의 흔들림 동적 응답 특성이 불명확한 문제에 대응하여 기존에 널리 사용된 사인 흔들림 자극을 이용하여 액체 헬륨탱크의 흔들림 동적 응답 수치모델을 Volume of Fluid (VOF) 모델과 사용자 정의 함수 (UDF)를 기반으로 구축했다. 초기 운행 30초 동안 흔들림 자극을 적재하는 초기 흔들림 조건과 탱크 정착 3시간 후 30초 동안 흔들림 자극을 적재하는 우연한 흔들림 조건을 고려하여, 초기 흔들림 및 우연한 흔들림 조건에서의 기액계면 형태 및 압력 응답 특성의 시공간 진화 법칙을 분석하고 둘의 흔들림 조건이 온도 상승과 자증압 특성에 미치는 영향 메카니즘을 논의했다. 연구 결과, 사인 흔들림은 기액계면을 주기 운동시키고 시간이 지남에 따라 두꺼워지는 혼합층이 표면에 나타난다. 우연한 흔들림에서는 초기 흔들림 조건에 비해 상계면이 불규칙하며 파동 진폭이 크다. 우연한 흔들림시 기액계면 근처에 초기 흔들림보다 현저한 혼합층이 나타나며, 30초 때 혼합층의 두께는 약 0.43m로 발전한다. 초기 흔들림은 액체 헬륨탱크의 증발을 촉진시키고, 탱크의 자증압 속도는 정적 상태보다 높다. 우연한 흔들림은 응축을 촉진시키며, 시간이 지나면 가스 영역의 온도와 압력이 감소한다. 100초 때 우연한 흔들림 조건에서의 가스 압력은 정적 상태보다 58.82Pa 낮아지며 이는 경계면에서 가스 응축이 발생하기 때문이다.

액체 헬륨탱크; 흔들림 동적 응답; 기액계면 형태; 압력 발전; 수치모델