An experimental study of liquid entrainment from swelled two-phase mixture surface in a vessel has been performed. To investigate the effects of air flow rate and initial water level on the liquid entrainment a series of experiments have been performed using air and water as working fluid. A total of 64 experimental liquid entrainment rate data have been obtained for various combinations of the test parameters (i.e., six different initial water levels and varying air flow rates from 0 lpm to 1200 lpm ) using two test vessels of the same height but with different inner areas (D = 0.15m and 0.30m,respectively) for vertical bubbly and churn-turbulent flow conditions.
An empirical correlation for the liquid entrainment rate, E has been developed in terms of the superficial velocity of air, the initial water level, the density of gas, the surface tension, and the gravity. This correlation shows a good agreement with the present experimental data within ± 30%.
본 연구는 원자로 용기 내에서 이상혼합물의 표면상승에 따르는 액체 연행 현상에 대한 이해를 증진하기 위해 수행 되었다. 기체상의 의해 액체상이 연행되는 현상은 보일러, 증기발생기, 원자로 등에서 일어난다. 특히 원자로에서는 기체상에 의한 액체 연행 현상이 잔존 냉각재의 양과 깊은 관련이 있어 안전 해석에 중요한 부분을 차지한다. 하지만 지금까지 수행된 실험적 연구는 대부분 수평관의 환상유동에서 액적의 연행현상에 국한되어 있고 본 연구와 관련 있는 수직관 경우는 극히 미미하기 때문에 기존의 상관식의 신뢰성에 대한 의문이 생긴다.
본 연구는 길이 2m, 내경 각 150mm와 300mm 인 두 수직용기에서 공기를 불어 넣어 기포가 만들어지는 조건 하에서 수행 되었다. 총 64개의 액체 연행 증가율 데이터로부터 수직용기 내에서 일어나는 액체 연행 증가율을 예측할 수 있는 상관식을 하나 도출하였으며, 더불어 공기의 유량과 초기 물의 수위가 액체 연행 증가율에 미치는 영향도 살펴보았다. 실험결과, 낮은 공기유량에서는 기포가 터지면서 생기는 액적의 연행이 관찰되며 높은 공기유량에서 천(churn) 유동과 비슷한 유동이 관찰되며 고속의 공기에 의해 파열된 액체의 연행 현상을 관찰할 수 있다. 초기 물의 수위의 영향 면에서는 낮은 수위에서는 같은 공기 유량에 따른 액체 연행 증가율이 큰 차이를 보이지만 높은 수위로 갈수록 그 차이가 현저히 줄어 거의 같아짐을 볼 수 있다. 이는 수위가 높아짐에 따라 수면과 방출구 사이의 거리가 줄어들게 되고 이에 따라 낮은 공기의 유량에서도 방출구까지 순간적인 수면상승이 이루어질 확률이 커지기 때문이다.
