A simple two-phase thermal-hydraulic tool with the drift-flux model has been used to develop a subcooled boiling model. The tool is composed of four governing equations: mixture mass, vapour mass, mixture momentum, and mixture enthalpy. The constitutive relations were implemented into the tool: relative velocity, interfacial mass transfer, wall heat transfer, and wall friction.
Using the developed tool, various subcooled boiling models were investigated through the published experimental data. In the process of evaluation, we developed two models associated with the subcooled boiling. First, the Saha and Zuber correlation predicting the point of the net vapour generation was modified to consider the thermal and dynamic effects at the high velocity region. Second, the pumping factor model was developed by pi-theorem based on parameters related to bubble generation mechanism: it produced an additional parameter, Boiling number.
The proposed models and several models were evaluated against a series of subcooled flow boiling experiments at the pressure range from 1 bar to 146.8 bar. From the root mean square analysis for the predicted void fraction in subcooled boiling region, the results of the proposed model at low pressures were comparable to the Zeitoun model which was the best at low pressures and were in best agreement with the experimental data at high pressures. The proposed model presented the best predictions for the whole pressure ranges. Also, the implementation of the developed models into RELAP5/MOD3.3 brought about the improved results compared to those of the default model of the code.
과냉 비등 모델 개발을 위해 드리프트-플럭스를 이용한 이상 유동 열수력 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 Mixture Mass Vapour Mass, Mixture Momentum, Mixture Energy 등의 4개의 보존 방정식으로 구성되어 있다. 이들 지배방정식들을 마감시키기 위해 상대 속도, 계면 질량 전달, 벽면 열 전달, 벽면 마찰 등에 관한 상관 관계식들을 구성하였다.
위와 같이 개발된 프로그램을 이용하여 발표된 실험 자료들에 대해 다양한 과냉 비등 모델들을 비교 분석하였다. 평가 과정에서 2개의 과냉 비등 모델이 개발되었다. 첫째, 벽면에서 기포가 생성되어 제어체적 내에서 응축되지 않고 존재할 수 있는 조건을 예측하는 Saha-Zuber 상관식을 고 유속 조건에서 열역학적 효과를 반영하도록 수정하였다. 두번째로, π -정리를 이용하여 기포 생성 메커니즘에 근거해서 새로운 펌핑 모델을 개발하였다.
제시된 모델과 기타 논문에 발표된 다른 모델들을 압력 범위 1 bar - 146.8 bar 까지의 일련의 과냉 비등 실험들에 대해 평가를 수행하였다. 각각의 모델들을 이용하여 예측된 기포율에 대해 RMS 오차 분석 결과, 제시된 모델은 평가 결과 가장 저압에서 예측능력이 뛰어난 Zeitoun 모델과 거의 대등한 결과를 낳았으며, 고압에서는 제시된 모델을 이용한 결과의 오차가 가장 작게 나타났다. 또한 제시된 모델들을 RELAP5/MOD3.3 최적 열수력 코드에 응용한 결과 코드의 Default 모델에 비해 큰 개선된 결과를 얻었다.
