The CHF is a very complex phenomenon affected by many systematic parameters such as geometry, system pressure, mass flux and inlet subcooling or exit quality. In spite of numerous experimental and theoretical studies on CHF, the effects of parameters, especially pressure, on CHF have not been clearly revealed at low pressure and low mass flux condition.
To investigate pressure effects on CHF and to get CHF data, experimental study has been performed with vertical round tubes under the condition of low pressure and low mass flux. Test sections are made of Inconel-625 tube and have the geometry of 8 and 10 mm in diameter, and 0.5 and 1.0 m in heated length. All experiments have been conducted at the pressure of under 9 bar, the mass flux of under 250 kg/㎡s and the inlet subcooling of 350 and 450 kJ/kg, for stable upward flow with water as a working fluid.
Flow regime analysis is conducted for obtained CHF data with Mishima's flow regime map, which reveals that most of the CHF conditions occur in the annular-mist flow regime. General parametric trends of the collected CHF data are consistent with those of previous But for the pressure effect on CHF, two different trends are observed: At relatively high mass flux(≥ 150 kg/㎡s), CHF increases with increasing pressure but at relatively low mass flux(≤ 100 kg/㎡s), CHF decreases or is constant with increasing pressure. The CHF data are compared with predictions of existing well-known correlations and AECL 1995 look-up table resulting that Shah(1987) correlation yields the best prediction accuracy among them.
Using modern data regression tool, ACE algorithm, a new CHF correlation for low pressure and low mass flux condition is developed based on local condition with the available 315 CHF data. The developed CHF correlation is based on six dimensionless parameters and shows good prediction accuracy; average error of -0.5% and RMS error of 10.2% for HBM.
저압 저유속 조건하에서 부족한 임계 열유속 데이터의 획득과 임계 열유속에 대한 압력의 영향을 조사하기 위해 실험적 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 저압하에서 다양한 압력조건에 대한 실험을 위해 9 기압까지 가압될 수 있는 저압실험 장치를 제작하였고 이를 통해 인코넬-625로 제작된 수직 원형관에 대하여 실험을 수행하였다. 길이가 0.5, 1.0 m 두 가지이고 이에 대해 내경이 각각 8, 10 mm인 수직 원형관을 사용하였으며 실험은 유속 250 kg/㎡s 이하 그리고 압력 9 기압 이하에서 입구 과포화도가 각각 350과 450 kJ/kg인 상태에서 이루어 졌다.
이 실험을 통해 174개의 저압 저유속 임계 열유속 데이터를 얻었으며, 이들 데이터를 이용하여 유체 흐름의 형태 분석, 주요 변수들의 영향 분석 그리고 출구건도 관점 임계 열유속 상관식 개발이 이루어 졌다.
유체 흐름의 형태 분석을 위해 Mishima의 유체 흐름 영역 지도(flow regime map)를 사용하였으며 그 결과 저압 저유속하에서의 임계 열유속은 아주 작은 유량일 때를 제외하고 annular-mist flow 영역에서 일어난다는 것을 알아낼 수 있었다.
주요 변수들의 영향 분석 결과 대부분의 변수들의 영향은 이℃活? 연구 결과들과 잘 일치하는 것으로 나타났으나 압력과 입구 과포화도의 영향은 다른 것으로 나타났다. 압력의 경우, 상대적으로 높은 유량에서는 임계 열유속이 압력이 증가함에 따라 증가하지만 상대적으로 낮은 유량에서는 임계 열유속이 감소하거나 거의 일정한 것으로 나타났다. 입구 과포화도의 경우 Mishima등과 Chang등은 입구 과포화도의 영향이 저유량(약 200 kg/㎡s 이하)조건에서는 나타나지 않는다고 했지만 본 실험결과는 60 kg/㎡s과 같은 작은 유량에서도 입구 과포화도의 영향이 뚜렷이 나타나는 것을 보여주었다.
저압 저유속하에서의 임계 열유속 상관식을 개발하기 위해서 ACE algorithm을 사용하였으며 이때 본 실험을 통한 데이터와 KAIST 데이터 베이스의 저압 저유속 데이터, 총 315 개의 데이터가 사용되었다. 개발된 상관식은 열평형식을 이용한 반복계산방법을 쓸 경우 기존의 상관식이나 look-up table보다 정확한 예측 성능을 보여주었다.