In the Loss-of-RHR accident during mid-loop operation reflux condensation in U-tube riser is experimentally studied. The present experimental study handles with the reflux condensation in the presence of noncondensible gas in a vertical tube. The main interest is to investigate the parametric effects such as inlet air mass fraction, system pressure and inlet steam flow rate on reflux codensation heat transfer.
The test facility is mainly composed of two parts: an air-steam mixture generation part and a reflux condensation part(test section). Air is used as a noncondensible gas. Experiments are performed under the system pressure of 1 ~ 2.5bar, inlet steam flow rate of 1.04 ~ 2.15kg/hr and inlet air mass fraction of 0 ~ 57.9%.
From experimental results, several characteristics of parametric effects are confirmed. The presence of air causes a decrease in heat transfer coefficients and, as a result, increases the active condensation length. As the inlet steam flow rate increases, the active length slightly increases during reflux codensation. As the system pressure increases, the active condensation length somehow decreases with an increase in heat transfer coefficients in that zone. And the flooding limit for inlet mixture flow rate is much less than that of Wallis' flooding formula.
최근 원자력발전소에서의 부분충수 운전시 잔열제거기능의 상실 사고에 대한 관심이 고조되면서, U-tube에서의 역류응축(reflux condensation)에 의한 잔열제거가 주목을 받고 있다. 역류응축현상이란 증기의 상향류에 대하여 튜브의 내벽을 따라 증기의 응축액막이 환상류의 형태로 흘러내리는 것을 말한다.
본 연구에서는 증기발생기 U-튜브를 모사한 수직관에서 비응축가스의 존재시에 역류응축현상을 관찰하였다. 계통의 압력, 유입증기유량, 비응축가스의 질량 분율에 따른 역류응축열전달 현상에 미치는 영향에 대하여 실험적 연구를 수행하였다.
실험장치는 크게 공기-증기 혼합물 생성 장치와 역류응축 장치로 나뉘어진다. 비응축성 가스로는 공기를 사용하였으며 순수증기와 공기-증기 혼합물을 test section으로 흘려보내어 실험을 수행하였다. 수직튜브를 따라 튜브내 중심온도, 외벽온도, 냉각수의 온도를 국소 측정하여 축방향에 따른 열전달계수, 열유속, 국소 증기-공기 혼합유량 등의 주요 변수들에 대한 실험 결과를 획득하였다. 실험 조건은 계통의 압력이 1~2.5bar, 유입증기유량이 1.04~2.15kg/hr, 공기의 유입 질량분율이 0~57.9%의 범위를 이루고 있다.
실험을 수행한 결과, Wallis의 플러딩 상관식에 의한 값보다 낮은 제한치에서 플러딩이 발생하였다. 공기-증기 혼합물이 유입된 경우 순수증기보다 응축열전달면적이 확대되고 열전달계수가 낮아졌으며 비응축성가스의 존재가 증기의 응축열전달의 방해에 지대한 영향을 미침을 알 수 있었고, 유입 증기량의 증가에 따라서 응축열전달면적이 약간 증가함을 알 수 있었다. 또한 계통압력이 증가할 경우에는 응축열전달 면적이 약간 감소하면서 열유속 및 열전달계수가 증가함을 알 수 있었다.
