Direct-contact condensation experiments of atmospheric steam and steam/air mixture on subcooled water flowing co-currently in a rectangular channel are carried out using an infrared thermal camera system to develop a temperature measurement method.
The inframetrics Model 760 Infrared Thermal Imaging Radiometer is used for the measurement of the temperature field of the water film for various flow conditions.
The difference of temperature between at the center and near the side wall of rectangular channel at the same height measured by thermocouples is less than ±0.5℃. Therefore, the temperatures in the measured by the infrared thermal camera are calibrated by thermocouples. The bulk temperatures measured by thermocouples are almost the same as those by the infrared thermal camera. The local heat transfer coefficient is calculated using the bulk temperature profile. The developed method produces less local heat transfer coefficients than those estimated using the wall temperatures. It is found that the temperature radial profiles can be used to understand the interfacial condensation heat transfer characteristics. For all cases it is found that the temperature profiles are apt to be uniform. The tendency of the uniform temperature profile means the broad mixture layer of the temperature isothermal line near interface as the inlet water temperature increases. As the concentration of noncondensable gas increases. The temperature of the interface water layer becomes much less than the saturated temperature even though wave amplitude increases. Inclination angle has an important role in increasing wave amplitudes which increase the surface renewal rates.
수평관내의 성층 난류 액막 유동이 응축에 미치는 영향이 적외선 카메라를 이용해 실험적으로 연구되었다. 평판이나 사각 유로에서의 응축 열전달 현상에 대한 실험 중에 경사가 주어진 경우 액막의 두께가 3~4 mm 이하의 얇은 막을 형성하며 흐르는 경우 wave model 따르면 얇은막 유동에서는 활발한 난류유동으로 인해 액막의 단면적 전체의 온도가 일정하다는 가정을 사용한다. 그러나 좀더 정확한 국부 열전달 계수를 구하기 위해서는 bulk mean temperature를 구하는데 온도분포를 구할 필요가 있다.
따라서 본 연구는 비접촉식 온도측정 방법인 열적외선 카메라를 이용하여 온도분포를 측정하였다. 그리고 구한 온도분포를 이용하여 mean bulk temperature를 구하였고 이 정보를 이용하여 local heat transfer coefficient를 구할 수 있음을 보였다. 기존의 wave model 이론을 도입하여 얻어진 실험결과 비교하여 국부 열전달계수가 낮은 값을 보였는데 이것은 기존에 bulk temperature가 유동의 바닥 온도를 택함에 있어 실제 적외선 카메라를 이용한 온도분포를 구하여 얻은 bulk mean temperature 더 높은 값을 나타내므로 두 지점간의 온도편차의 줄어든 폭이 포화 수증기와의 편차보다 작기 대문에 발생하는 요인이다.
또한 유동의 국부 온도장 정보를 이용해서 물 입구 온도 영향, 유동 방향(cocurrent, countercurrent)의 영향과 기울기의 영향이 검토되었다.
기존의 실험에서 입구온도영향에 대해 본 연구에서 국부 온도장의 정보를 통해 입구 온도가 높은 경우에 보다 활발한 온도 교환이 물과 증기의 접경 면에서 발생함이 나타났다. 그리고 위의 세 가지 유동조건 중에서 interface에 shear stress에 의한 열전달 해석이 최근에 주요 관심사인데 적외선 카메라를 통한 interface 부근에 wave 형태를 유동조건에 따라 관찰 비교한 결과 열전달이 가장 활발하게 이루어지는 경우는 countercurrent에서 입구 온도가 60℃이상의 높은 경우에 가장 활발한 열교환이 관찰되었다.
그밖에 아주 적은 유량의 steam이 흐르고 같은 방향으로 물이 흐르는 경우 대부붐의 열교환이 기존의 연구결과와 마찬가지로 바닥으로 부터의 와류가 주요 열교환의 mechanism임이 온도띠 분석을 통해 확인되었다.
그리고 같은 유동조건이라도 수평보다는 약간의 경사(0.5˚)진 경우가 접경 면에서의 wave amplitude가 상대적으로 크게 증가하여 surface renewal 율이 활발히 일어남이 온도장 pattern 관찰을 통해 확인되었다.