The present study has been carried out to increase the understanding of the phenomenon of condensation heat transfer at the steam-water interface in countercurrent stratified horizontal pipe flow. Although there are several existing experimental studies on this subject, most of the existing studies were performed using a rectangular channel having large aspect ratio. Due to the great difference in flow channel geometry there is a difficulty in applying existing correlations to the flow in NPP directly, Therefore the present work has been carried out using a horizontal pipe that has a length of 2m and inner diameter of 83mm. The method of measuring the increase of the bulk temperature in the water flow layer and then deducing the interfacial condensation heat transfer coefficient has been used to obtain the information of the thermal resistance of the water flow.
In the case of pipe flow, comparing with the wide rectangular channel having the same flow cross-section, the thickness of the water layer is larger. In the present experiments the water layer was thick enough for the thermal stratification to be established, and that increased the thermal resistance of the water layer to the condensation heat transfer significantly. As a result, the interfacial condensation heat transfer coefficient becomes very small.
In the present study, two types of correlations that can predict the interfacial condensation heat transfer coefficient in the countercurrent stratified horizontal pipe flow were developed. It is shown here that the correlation involving interfacial turbulence property gives a better agreement with the present experimental data than the correlation involving bulk flow preperties. Quantitative comparison between the present correlations and the existing ones is difficult due to the difference in flow channel geometry.
본 연구는 수평관에서 증기와 물의 역층류유동시 계면에서의 응축열전달현상에 대한 이해를 증진하기 위해 수행하였다. 이에 관하여 여러 실험적 연구가 수행되었지만, 대부분이 높이에 비하여 폭의 길이가 긴 사각 유로에 국한되었다. 유료 형태의 큰 차이로 인하여 기존의 계면응축열전달계수에 관한 상관식들을 직접 발전소내에서의 유동에 적용하는 것에 어려움이 있다. 따라서 본 연구의 길이 2m, 내경 83mm 인 원관의 조건하에서 수행하였다. 물 유동내의 열저항에 관한 정보를 얻기 위하여 물 유동층의 혼합평균온도(bulk temperature)의 증가량을 측정하여 계면응축열전달계수를 계산하는 방법을 택하였다.
원관의 경우, 같은 유동단면적을 갖는 폭이 넓은 사각유로와 비교할 때, 물 유동층의 두께는 증가하게 된다. 본 실험에서는 물 유동층이 두꺼워 열 성층(thermal stratification)이 형성되었고, 이것은 응축열전달에 대한 물 유동층의 열저항을 크게 증가시켜 계면응축열전달계수는 매우 작은 값을 나타냈다.
본 연구에서는 수평관에서의 역충류유동시 응축열전달계수를 예측할 수 있는 두 가지 형태의 상관식을 개발하였다. 계면난류도 유동특성에 관한 상관식이 혼합평균 유동 변수에 관한 상관식에 비해 유로 형태의 변화에 덜 의존함을 알 수 있었다. 기존의 상관식들과 본 실험데이터와의 비교가 이루어졌지만, 유동조건의 큰 차이로 인하여 기존의 상관식들과의 의미있는 비교는 사실상 불가능하다.
