액체에 잠긴 오리피스에서의 증기기포 생성에 관하여 실험적인 관찰과 더불어 이를 이론적으로 예측할 수 있는 방법을 연구하였다. 액체에 잠긴 오리피스에서 생성되는 증기기포를 설명할 수 있는 모델을 개발하고, 이 모델의 타당성을 실험결과와 비교하여 검토하였다. 본 모델에서 기포는 액체벌크의 영향을 받지 않는 경계층으로 둘러싸여 있으며 기포내의 증기는 기포벽의 액체와 평형상태에 있다고 가정하였다.
액체에 잠긴 오리피스에서 생성되는 증기기포는 고속카메라로 촬영하였다. 수치적인 표현을 위하여 기포가 찍힌 고속카메라 필림은 확대 투영하여 투사지에 옮겨 그린다음, 기포 가장자리의 위치를 16 비트 개인용 컴퓨터에 연결된 디지타이저로 읽어 기포의 부피를 계산하고, 부피가 같은 구의 반지름을 '상당반경'으로 하였다. 오리피스에서의 수력학적 정압과 증기실 사이의 압력차, 액체의 온도, 액체의 깊이, 오리피스의 크기, 오리피스판의 두께등의 인자들이 증기기포 생성에 미치는 영향을 측정하였다. 실험은 액체가 물인경우 물의 온도 섭씨 80도에서 98도사이, 액체가 메탄올인 경우 메탄올의 온도 섭씨 50도에서 60도사이, 액체의 깊이 2.5cm에서 10cm사이, 오리피스판의 두께 1mm에서 5mm사이, 오리피스의 수력학적 정압과 증기실사이의 압력차는 147Pa에서 980Pa사이에서 행하였으며 오리피스의 크기는 지름 1.484mm의 것과 3.2mm의 것을 사용하였다. 그리고 실험은 증기실의 압력이 일정하게 유지되도록 하였다. 오리피스에서의 수력학적 정압과 증기실사이의 압력차가 작으면 즉, 오리피스를 통해 유입되는 증기의 유량이 작으면 기포는 반구 형태에서 구형을 거쳐 목과 같은 오리피스와의 연결부분이 있는 불규칙한 타원체로 변했으며 이 압력차이가 크거나 액체의 온도가 높으면 기포의 모양은 더욱 불규칙하게 되고 뒤에 생성된 기포가 앞서 생성되어 오리피스에서 떨어져나간 기포와 뭉쳐서 커지다가 오리피스에서 이탈했다. 이 압력차가 증가할수록 기포가 생성하기 시작해서 오리피스에서 이탈할 때까지의 시간과 이탈시 기포의 크기는 증가했으나 이 압력차가 245Pa이상이 되면 기포가 이탈하기까지의 시간은 거의 일정한, 이른바 '일정빈도' 영역이 나타났다. 이 압력차가 증가할수록 오리피스를 통한 증기의 유량이 증가하고 기포가 오리피스를 이탈할 때까지의 증기 응축량도 증가했으나 증기유입량에 대한 응축량의 비율은 감소하였다. 또한 액체의 온도가 올라 갈수록 기포의 크기와 기포가 이탈하기까지 걸리는 시간은 증가하였다. 오리피스를 통한 증기의 유량은 실험온도 범위에서는 온도의 변화에 대하여 거의 변하지 않았으나 증기 유입량에 대한 응축량의 비율은 액체의 온도가 낮을 수록 크게 증가하였다. 오리피스의 크기가 커지면 기포가 이탈하기까지 걸리는 시간, 기포의 크기, 오리피스를 통한 유량, 증기 응축량등은 증가하였으나 증기 유입량에 대한 응축량의 비율은 감소하였다. 액체의 깊이는 실험범위 2.5cm에서 10.0cm 사이에서는 기포생성에 대한 영향이 거의 나타나지 않았으며, 오리피스판의 두께에 의한 영향도 실험범위 1.0cm에서 5.0cm사이에서는 무시할 정도였다. 이러한 실험결과와 본 논문에서 제시된 모델에 의한 예측치는 매우 잘 일치됨을 나타내 주었다. 실험치와 모델에 의한 이론치의 차이는 30%보다 작게 나타났다.
액체에 잠긴 오리피스에서 생성되는 증기기포에 대한 본 모델을 개량하여 액체에 잠긴 노즐에서 생성되는 증기기포에 대한 모델을 개발하였다. 이 모델은 Denekamp등의 모델에 비해서, 보다 실제적이며 식을 유도하는데 필요한 제약이 적었다. 기포의 이탈은 기포와 오리피스간의 연결부분 길이가 기포반경의 반이 되었을 때 일어난다고 가정하였다. 이 모델에 의하여 예측한 결과는 액체의 유속이 특별히 크지 않은 범위(0.116m/sec이하)에서는 Denekamp등의 실험결과와 거의 일치하였으며, Denekamp등의 모델에 의한 예측치보다 본 모델에 의해 계산된 값들이 더욱 정확함을 보여 주었다.
본 모델을 이용하면 기포벽에서 상의 변화가 일어나는 기포의 특성을 single bubbling 영역 및 pair bubbling 영역에서 정확히 예측할 수 있다.
