This study presents the investigation of the vibration effect on CHF. The experiments condition was under atmospheric pressure at vertical heated annulus channel. The experiments for dynamic response of the heater section without vibration excitation were carried out at mass flux of 50 kg/㎡/s and 400 kg/㎡/s. Vibration amplitude was increased at the ONB point during boiling process and the reason of the vibration increase is expected as the results of the flow regime change from subcooled region to bubbly region. CHF experiments with and without mechanical vibration were performed at mass flux of 115 kg/㎡/s and 215 kg/㎡/s. Totally 162 data of CHF with vibration were gained and CHF was increased by mechanical vibration maximum 13.4 % at the mass flux of 115 kg/㎡/s and 16.4 % at the mass flux of 215 kg/㎡/s. The maximum CHF enhancement condition was at 30 Hz vibration frequency and 0.5 mm vibration amplitude. The dominant parameter of vibration which was effective on CHF enhancement was vibration amplitude and the reason of the CHF increase is expected as the increase of the liquid film thickness by increase of deposition of liquid droplet on to the film.
Vibration was effective not only heat transfer enhancement but also CHF enhancement. Therefore, FIV could be important parameter in CHF enhancement and must be investigated further more.
임계열유속은 원자력 발전소의 성능을 결정짓는 중요한 요소로서 발전소를 설계할 때 반드시 고려되어야할 요소이다. 유동기인진동은 유체에 의해서 발생되는 진동을 일컫는데, 최근 유동기인진동이 유체시스템의 기공률을 변화시킨다는 연구가 보고되었다. 이는 진동이 임계열유속을 증진시키는 한가지 방법이 될 수 있다는 것을 표명한다. 진동의 열전달에 대한 연구는 많이 수행되었지만, 임계열유속조건에서의 연구는 수행된바가 극히 적다. 이 연구는 기계적진동이 임계열유속에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보는 것을 목적으로 하고 있다.
실험조건은 내벽이 가열되는 수직환상관으로 대기압조건에서 이루어졌다. 우선 기계적으로 가진을 하지 않았을 경우에 열전달에 의해서 실험환상관 내부에서 일어나는 진동을 측정하였다. 이 실험은 50 kg/㎡/s와 400 kg/㎡/s의 유량조건에서 열유속을 증가시키면서 진동을 측정하는 방식으로 수행되었다. 결과적으로 비등이 시작되면서 내부진동의 크기가 증가하고, 중요 주파수가 변경되는 것이 관찰되었다. 이는 유량 양식이 미포화영역에서 기포류로 변화되는 유동양식 변화의 결과로 보여진다. 실험장치 자체의 동적특성을 알아보기 위하여 고유주파수 측정실험이 수행되었으며, 실험장치의 고유 주파수는 14.5 Hz와 29.25 Hz가 측정되었다. 가진을 하면서 임계열유속실험을 유량 조건 115 kg/㎡/s와 215 kg/㎡/s에서 수행하였다. 가진시의 주파수는 5 Hz부터 50 Hz까지 5 Hz씩 증가시켰고, 가진길이는 0.5 mm 부터 5 mm 가지 0.5 mm 씩 증가시키면서 수행하여 총 162 개의 실험데이타를 얻었다. 결과적으로 115 kg/㎡/s의 유량조건에서는 최대 14.3 %의 임계열유속 증진이 이루어졌으며, 215 kg/㎡/s의 유량조건에서는 최대 16.3 %의 임계열유속 증진이 이루어졌다. 최대 임계열유속이 일어날때의 실험조건은 둘다 30 Hz의 진동주파수와 5 mm의 진동길이일 경우였다. 특정주파수에서 임계열유속이 더욱 증진된 것은 실험장치의 고유주파수와 공진이 되었기 때문에 실제 진동이 이루어진 길이가 더욱 커진 것이기 때문이다. 이를 증명하기 위하여 임계열유속이 일어나는 지점의 가진시의 실제 진동된 길이의 측정 실험이 이루어졌고, 실제로 30 Hz 에서 더욱 큰 진동길이가 측정되었다. 각 진동요소에 대하여 임계열유속에 대한 영향을 분석하였는데, 임계열유속에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 진동길이인 것으로 판명되었다. 가진으로 인해 점착되는 액적의 양이 증가함에 따라 액체막의 두께가 증가되므로, 저유량영역에서 일어나는 임계열유속 형태인 액체막 드라이아웃이 지연되어 임계열유속이 증진된 것으로 예상된다.
실험결과, 기계적 가진은 임계열유속에 매우 큰 영향을 미쳤으며, 이는 임계열유속에 있어서 유동기인 진동이 매우 중요하다는 것을 반증하는 것이다. 따라서, 유동기인진동과 병합된 임계열유속 실험은 원자력발전소 설계에 있어서 매우 중요하며, 더욱 다양한 유량 조건과 유로조건에서 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
