During accident case in nuclear power plant, cladding can be deformed by rapid environmental change in the core. Deformed cladding can block coolant channel partially and it leads to change of heat transfer characteristics. In this research, critical heat flux on deformed channel, which were not researched a lot, was measured. In order to simulate partially blocked flow path, tubes with different diameters were connected by very low temperature welding. Manufactured test sections had clear inner surface and heated directly by electrical rectifier. Uniform heat flux along the test section was enabled by adjusting different thickness for different diameter. 3 blockage ratio, 2 blockage length, 4 mass flux and 2 inlet subcooling conditions were used in this research.
When blockage ratio was small, CHF was occurred at the outlet of test section. On the other hand, the cases for large blockage ratio with high mass flux, CHF were occurred at the sudden expansion part. CHF was evaluated by using Macbeth’s correlation, which was developed for CHF under low mass flux and low pressure conditions. When blockage ratio was small, CHF was slightly enhanced compared with CHF without blockage. There was about 10% of CHF enhancement due to lower quality in same distance from inlet. Increased mass flux in partially blocked part affected quality increment along the test section. In case of high blockage ratio with high mass flux, CHF was occurred in churn flow and in rather low heat flux, between 100 and $300kW/m^{2}$. Bubble accumulation induced by backflow at sudden expansion part takes a significant role in early CHF for these cases.
원자로 발전소에서 노심의 온도가 급변하는 사고가 발생하면 피복관이 팽창하거나 파단이 될 수 있다. 이 때 팽창한 피복관은 냉각수의 유로의 일부를 막게 되며 유로의 넓이가 줄어드는 효과와 기타 여러 복합적인 조건이 변형된 노심에서의 열전달 특성을 변화시킨다. 지금까지 변형된 노심에서의 냉각 거동에 대한 실험은 많이 진행되었지만 임계열유속과 같은 열전달 특성은 상대적으로 덜 연구되었다. 이 연구의 목적은 변형된 노심의 유로를 모사한 시편에서의 임계열유속 측정을 통해 임계열유속 자료 확보를 하고 이를 통해 유로의 구조적인 변화가 임계열유속에 어떻게 영향을 미치는 지 파악할 수 있을 것을 기대한다.
변형된 노심의 좁아진 유로를 모사하기 위해서 서로 다른 직경을 가진 관을 저온용접으로 이어붙인 시편을 제작했다. KAIST의 임계열유속 실험장치를 이용해 실험하였으며 시편은 정류기를 이용해 직접가열을 했다. 시편에 균일한 열속을 가하기 위해 직경에 따라 다른 두께를 가진 관을 이용했다.
입구와 막힌 부분의 직경의 차가 작은 시편을 이용한 실험에서는 임계열유속이 시편의 제일 끝 쪽에서 나오는 경향을 보였다. 이와 반대로 입구와 막힌 부분의 직경의 차가 상대적으로 큰 시편에서는 직경이 넓어지는 부분에서 임계열유속이 발생하는 결과를 보였다. 측정된 임계열유속 값은 저압, 저유속 임계열유속 상관식인 Macbeth 식을 이용해서 평가되었다. 차폐율이 낮은 경우에는 변형되지 않은 관보다 임계열유속 값이 약 10% 정도 높아졌다. 이는 변형된 부분에서 증가한 유속이 건도의 증가를 억제해 차폐되지 않은 관보다 같은 위치에서의 국부적인 건도가 낮아지기 때문으로 보인다. 직경이 급격히 넓어지는 부분에서 발생하는 임계열유속은 차폐된 부분에서 생성된 기포가 직경의 변화가 일어나는 부분에서 발생하는 역류에 의해 관 벽을 따라 뭉치기 때문으로 보인다. 이 부분에서 발생한 임계열유속은 100에서 $300kW/m^{2}$ 사이의 매우 낮은 값을 보였으며 시편 출구에 설치된 가시화장치를 통한 육안으로의 확인과 계산을 통한 확인 결과 천 류에서 임계열유속이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.