Experimental and theoretical investigations of the reflux condensation phenomenon in the steam generator U-tubes, which is an important heat removal mechanism in a certain phase of small break loss-of-coolant accident (LOCA) in nuclear power plants, have been carried out. The flow pattern and the mode of the reflux condensation are the most important factors in estimation of decay heat removal capability of the steam generators during a small break LOCA.
In the present work, a series of experiments have been performed to establish the basic modes of the reflux condensation. Basically, three different modes have been identified which agrees with the previous findings by others. The three modes are (1) the filmwise reflux condensation mode, (2) the complete reflux condensation mode and (3) the two-phase thermosyphoning mode.
The experimental results of the filmwise reflux condensation mode are compared with the modified Nusselt condensation theory. Major experimental data obtained to compare with the theoretical predictions were (1) the filmwise reflux condensation length(L) for a given steam flow rate($m_g$) and the surface temperature of the tube wall($T_w$) where the filmwise reflux condensation was taking place. To examine the effect of the cooling water temperature on the reflux condensation length, three series of tests were conducted at three different temperature levels. Results showed that the Nusselt condensation theory slightly overestimated the filmwise reflux condensation length.
In order to investigate and to establish the transition criteria between the three different reflux condensation modes another series of experiments were carried out while changing the inlet steam flow rate. The transition point from the filmwise reflux condensation mode to the complete reflux condensation mode coincided with the flooding point. The two-phase thermosyphoning mode, on the other hand, is largely determined by the total heights of water column and two-phase column which, in turn, are determined by the inlet steam flow rate.
And the effect of the noncondensable gas on the flooding was examined. The result showed that the presence of the noncondensable gas promoted the flooding.
가압 경수로에서 소형냉각재 상실사고시 중요한 열제거 수단이 되는 증기발생기의 U-자관 속에서의 역류응축현상에 대한 실험 및 이론적 연구를 수행하였다. 역류응축의 형태 및 유동 형태는 소형냉각재 상실사고시 증기발생기의 붕괴열 제거능력을 평가하는데 가장 중요한 요소이다.
본 논문에서는 역류응축현상의 기본적인 형태를 확립하기 위해 일련의 실험을 수행하였다. 기본적으로, 세 가지의 형태를 확인하였는바, 이것은 지금까지의 다른 연구자들의 연구결과와 일치하는 것이다. 즉 세 가지의 형태는 (1) 액체막 역류응축 형태, (2) 완전 역류응축 형태 및 (3) 열흡관 (Thermosyphoning) 형태이다.
액체막 역류응축 형태의 실험결과를 수정된 Nusselt 응축이론과 Kutate ladze 와 Gogonin 이 제안한 실험식과 비교하였다. 이론적 예측과 비교하기 위해 얻은 주요 실험자료는 (1) 주어진 증기유량에 대한 액체막 역류응축 길이(L) 와, (2) 역류응축이 일어나는 관벽의 표면온도이다.
냉각수 온도가 역류응축 길이에 미치는 영향을 조사하기 위해 세 개의 서로 다른 온도조건에서 실험을 수행하였다. 그 결과, Nusselt 응축이론과 Kutateladze 와 Gogonin 이 제안한 실험식을 사용하여 계산한 역류응축 길이가 실제의 현상보다 더 길게 예측되었다.
세 가지의 역류응축 형태사이의 천이경계를 연구 확립하기 위해, 입구측의 주입 증기유량을 변화시키면서 수행하였다. 액체막 역류응축 형태에서 완전 역류응축 형태로의 천이점은 Flooding 점과 일치하였다. 이때 비응축성 기체가 존재하면 더 적은 유입 증기량으로도 천이가 일어나게 된다.