The present study is direct contact condensation experiment for co-current flow in a vertical rectangular channel. The experiment is performed with superheated steam and subcooled water as working fluids. A vertical rectangular channel has a length of 40 cm, a width of 65 mm and a height of 35 mm. Water flow rate, steam flow rate, the degree of subcooling and the degree of superheating are considered as main test parameters. Especially, the degree of superheating is the most important parameter in this study.
In the present experiments, total 140 data of heat transfer coefficients are obtained from the various experimental conditions. The water film is very thin, and has complex interface. The flow regime transition does not occur in the present experimental conditions.
The heat transfer coefficient (HTC) increases with increase of steam and water flow rates, and is little more sensitive to the steam flow rate than water flow rate. The average heat flux is not affected by steam superheating. However, the HTC is decreased with steam temperature increasing.
From the present data, empirical correlation and correcting method are developed in terms of easily accessible parameters for practical purpose. Especially, the correcting method makes it possible to represent the existing correlations. A great difference exists between the present data and several existing correlation.
본 연구는 차세대원자로 원자로용기 직접주입 (DVI)와 관련된 직접응축열전달 현상에 관한 연구로서, 수직사각채널에서 과열증기와 물의 동방향유동시 발생하는 응축현상에 대한 이해를 증진하기 위해 수행하였다. 지금까지 수행된 연구들을 살펴보면, 물과 증기의 유량 그리고 물의 과냉각도를 고려한 상관식을 구하는 것이 주였으며, 따라서 기존의 연구가 과열증기의 응축현상에 직접 적용될 수 있는지에 대한 의문이 생기게 되었다.
본 연구는 길이 40 cm, 단면의 높이 35 mm, 단면의 너비 65 mm 인 사각채널에서 수행되었다. 상관변수들로는 물의 유량, 증기의 유량, 물의 과냉각도 그리고 특별히 증기의 과열도를 고려하였다. 이 실험을 통해 66개의 포화증기의 결과와 74개의 과열증기의 결과를 구했으며, 따라서 총 140 개의 열전달계수 데이터를 얻어내었다. 실험 중에 유동의 천이는 발생하지 않았으며, 물의 액막 두께는 2 mm 이내로 매우 얇았고, 복잡한 난류의 형태를 보였다.
실험결과, 증기와 물의 유량의 효과는 증기의 유량에 대한 의존도가 약간 더 크게 나타났으며, 이것은 기존의 결과와도 일치하는 것이다. 증기 과열도의 증가는 Heat Flux 에 영향을 주지 못했으며, 열전달 계수를 감소시키는 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 이것은 증기의 온도가 올라가게 되면 바로 응축할 수 없고, 포화상태까지 에너지를 잃은 후에 응축현상이 발생하는 것에 그 원인이 있는 것으로 예상된다. 이 결과를 이용해 두가지 방법으로 과열도를 고려한 상관식을 구했으며, 특히 열전달 계수를 보정하는 방법은 기존의 연구결과에도 적용 가능한 방법으로 생각된다.
기존의 사각채널실험과의 비교에서는 본 실험 데이터와 서로 차이가 많이 남을 알 수 있었고, 이것은 실험조건, 유동방향, 실험장치의 형태의 차이에 기인하는 것이나, 이것을 정량화 하기에는 불가능하다.
