A model is developed to describe the transition of annular flow to intermittent flow in a vertical two-phase flow system. The instability of the disturbance wave, which is a dominant wave shape at the boundary between annular flow and intermittent flow, is considered as the governing mechanism and this instability is described by the concept of hyperbolicity breaking in the characteristic equation. The developed model is validated by comparing its predictions of gas superficial velocity for the transition with the experimental data available from the literature, and comparing those with the predictions of the other correlations. The comparison results show that the developed model gives better predictions for the transition condition than the existing correlations and the effects of fluid properties, geometry and liquid flow rate on the transition are well considered by the developed model. It is found that the predictions of the developed model have much smaller bias than those of the other correlations; the average of the prediction error is 3% for the present model. The standard deviation of the prediction errors of the present model reaches 28%, which is the smallest among the models compared here.
Through the core uncovery experiments, it has been known that the low power and high power core boil-off patterns are observed in the high pressure core uncovery following a small-break loss-of-coolant accident. The developed model for the annular to intermittent flow regime transition was applied to the classification of low power boil-off and high power boil-off patterns. At first, the applicability of the developed criterion to the rod-bundle geometry is demonstrated using the flow pattern transition data taken by Bergles et al. and Venkateswararao. It is shown that the developed criterion well predicts the boundary between low power boil-off and high power boil-off through the comparisons of the predicted annular to intermittent flow transition conditions with the boil-off experiment data taken by Anklam and Osakabe.
The developed annular to intermittent flow regime transition criterion was applied to the prediction of CHF with the existing dryout model. The initial conditions such as the film thickness and the void fraction at the onset of annular flow are required for the analytical dryout model. The experimental CHF conditions for the uniformly heated tube were compared with the predictions by a selected analytical dryout model with the initial conditions estimated by the developed flow regime transition criterion. Good agreement between the experimental results and the predictions were found.
수직 방향으로 흐르는 이상류에 있어서 환상류에서 간헐류로의 천이 현상을 기술하는 모델을 개발하였다. 환상류와 간헐류의 경계지역에서 액막 표면에 존재하는 대표적인 파동인 교란파의 불안정 현상을 천이현상의 지배기구라고 가정하고 이 불안정 현상을 특성방정식의 포물선형 파괴이론으로 설명하였다. 천이가 발생할 때의 기체 유속에 대하여 실험결과와 다른 상관식의 예측치와 개발한 모델의 예측치를 비교하여 개발한 모델을 검증하였다. 검증 결과, 개발된 모델의 예측치는 다른 상관식들의 예측치보다 실험결과와 더 잘 일치하고 천이현상에 대한 유체의 물성, 유동관의 기하학적 형상 및 액체 유속의 영향이 개발된 모델에 잘 반영되어 있음이 입증되었다. 천이가 발생할 때의 기체 유속에 대한 예측치의 오차를 평가한 결과, 오차의 평균은 3%, 오차의 표준 편차는 28%로 나타났다.
노심노출현상에 대한 실험을 통하여, 소규모 냉각재 상실사고시에 발생하는 비등형태에는 저출력 형태와 고출력 형태가 있는 것으로 인식되고 있다. 개발한 환상류-간헐류 천이에 대한 기준을 집합체에서의 유동천이현상의 해석과 비등형태의 분류에 적용하였다. 그 결과, 개발한 기준이 집합체에서의 유동천이 현상과 비등형태에 대한 저출력 형태와 고출력 형태의 경계를 잘 예측함을 확인하였다. 특히, 소규모 냉각재 상실사고시 loop seal clearing이 발생할 때의 조건에서 비등형태의 경계를 잘 예측하였다.
드라이아웃 현상에 대한 해석적 모델을 사용하기 위하여는 환상류와 간헐류의 천이가 일어날 때의 조건이 초기조건으로 필요하다. 개발한 환상류-간헐류 천이 모델을 Katto가 제안한 수정된Levy 모델에 적용하고 과냉각 상태에서의 비등이 증기 건도에 미치는 영향을 고려하여 계산된 임계열속과 임계열속 실험결과를 비교하였다. 그 결과. 길이가 짧은 관에서의 임계열속은 개발한 환상류-간헐류 천이모델을 적용할 때, 더 잘 예측할 수 있음을 발견하였다.
