An experimental study on the critical heat flux (CHF) has been accomplished for stable low flow of water in a vertical round tube and an annulus near atmospheric pressure (110 kPa) under forced and natural circulation flow condition. CHF data were obtained for water flow in a 0.01m-diameter vertical round tube of variable heated length ($L_h$ = 0.6 m or 0.9m), varying mass flux (0 - 258 kg/㎡s), inlet subcooling (135.8 - 344.8 kJ/kg), inlet throttling (large and no), and flow direction (upward and downdard). The CHF values varied from 21 kW/㎡ for complete bottom blockage to a maximum of 1130 kW/㎡ for a maximum inlet water mass flux of 258 kg/㎡s in the experiments.
The following parametric effects were observed during the round tube experiments :
(1) The CHF increased with the decrease of heated length at the same tube diameter and inlet condition (L/D Effect).
(2) The CHF was somewhat weakly affected by the flow instabilities for upward flow while much more susceptible in case of downward flow. The inlet throttling effect was significant in downward flow experiments.(Instability Effect).
(3) In the natural circulation experiment, the lower CHF values were observed than those of the forced circulation experiment contrary to the findings of Mishima. It seems to be related to the flow instability.(Natural Circulation Effect).
Experiments for annulus geometry were performed to assess the possibility of the following rod-bundle experiment and to visualize the flow pattern transition before and at the occurrence of CHF.
Finally, the measured CHF data were compared with predictions by available low pressure and low velocity CHF correlations.
수직 원형관과 환상관의 안정된 저유속의 물과 대기압 근처 (110kPa)에서, 강제순환 그리고 자연순환조건에 대하여 임계 열유속에 대한 실험에 중점을 둔 연구를 수행하였다. 같은 내경에 대하여 두개의 다른 가열길이를 가진 수직 원형관에서 입구 미포화도의 범위가 135.8 kJ/kg 에서 344.8 kJ/kg 까지, 그리고 0에서 258 kg/㎡s까지 범위의 질량유속에서 실험 데이타들이 얻어졌다. 임계 열유속 값은 유량이 0일때 21 kW/㎡ 에서 최대 유량일때 1130 kW/㎡ 을 나타냈다.
수직 원형관 실험에서 다음과 같은 임계 열유속에 대한 변수의 영향이 관찰되었다:
(1) 같은 내경과 입구조건에서 임계 열유속은 가열길이에 반비례하여 증가한다.
(2) 상승유동 실험에서 임계 열유속은 불안정성의 영향이 거의 나타나지 않았으나, 하강유동 실험에서는 영향이 중요하게 나타났다.
(3) 자연순환 조건에서의 실험에서, 강제순환에서 보다 낮은 임계 열유속값이 측정되었는데 이는 수직 환상관에서의 Mishima의 결과와 일치하지 않는다. 이는 유동 불안정성에 기인되는것으로 사료된다.
수직 환상관에 대한 실험은 다음에 있을 관다발에 대한 실험의 가능성 타진과 임계 열유속 조건의 발생직전 또는 발생시의 유동형태의 실제적 관측에 중점을 두었다.
마지막으로, 저압 저유속 조건에서 사용가능한 임계 열유속 상관식들을 사용하여 이번 연구를 통해서 얻은 실험 데이타들을 비교 평가했다.
