The present work is to examine the flow reversal phenomenon occurring in crank-type vertical tubes. The crank-type test sections have 10.7 mm I.D. with the overall height of 2 m. The length of the horizontal part has been changed from zero (straight vertical tube) to 0.81 m. Air and the aqueous glycerin solution were used as the test fluids. Ranges of the gas and liquid flow rate were $(2~30)×10^{-4} kg/s$ and $(8~750)×10^{-5} kg/s$, respectively, and the absolute viscosity has been changed from $1.1×10^{-3}$ to $130×10^{-3} N s/㎡$.
In general, the gas flow rate preventing the flow reversal increased with increasing of the liquid viscosity. Except for the low-viscosity/low-flow-rate conditions of the liquid phase, the gas flow rates for the flow reversal remained almost the same when other parameters were fixed. However, with low viscous flows (i.e., air-water flows), marginal increase of the gas flow rate (for the flow reversal) was observed with decreasing of the liquid flow rate.
Variation of the horizontal part length also affected the flow reversal criterion. The gas flow rate for the flow reversal in the crank-type tubes appeared larger than in the straight vertical tube. However, the increasing rate was getting smaller as the horizontal part became longer. The effect of the horizontal part length appeared prominent at the low-viscosity and high-flow-rate condition of the liquid, but the effect diminished as the liquid flow rate was decreased and/or the liquid viscosity became larger. Finally, a tentative correlation representing the flow reversal condition was proposed within an accuracy of ±5 %.
본 연구에서는 크랭크 형태의 관에서 2상유동 역류 현상을 몇 가지 주요 변수에 대해 실험적으로 살펴보았다. 시험부의 전체 높이는 2 m, 관 직경은 10.7 mm이고, 수평부 길이는 0에서 0.81 m까지 변화시켰다. 작동 유체로서 공기와 글리세린 수용액을 사용하였고, 각각의 유량 범위를 공기는 $(2~30)×10^{-4} kg/s$, 액체는 $(8~750)×10^{-5} kg/s$ 로 하였다. 이와 같이 글리세린 수용액을 사용함으로써 액체 점도에 대한 영향을 파악하였으며, $(1.1~130)×10^{-3} Nㆍs/㎡$ 의 범위 내에서 살펴보았다.
일반적으로, 점도가 증가할수록 역류 발생 기체 유량은 증가하는 경향을 보였다. 액체 유량에 대한 영향으로서, 다른 변수들이 고정된 경우, 액체 유량의 변화는 역류 발생 기체 유량의 변화에 큰 영향을 주지 못했다. 다만, 액체 점도가 낮으면서 (본 연구에서는 공기-물 실험) 액체 유량이 작은 경우에는, 액체 유량이 감소할수록, 역류 발생 기체 유량이 증가하는 경향을 보였다. 수평부 길이 변화도 역류 발생 기체 유량에 영향을 주었는데, 수평부 길이가 증가할수록, 역류 발생 기체 유량이 증가함을 알 수 있었다. 하지만, 일정 길이 이상 길어지면, 그 영향은 점진적으로 줄어드는 것을 확인하였다. 또한, 낮은 액체 점도를 가지면서 높은 액체 유량의 경우에는 수평부 길이의 영향이 큰 반면에, 액체 유량이 줄거나 액체 점도가 큰 경우에는 상대적으로 수평부 길이의 영향이 줄어들었다. 위와 같은 실험 결과를 바탕으로 ±5 % 이내에서 만족하는 관계식을 제시하였다.
