For the adequate prediction of single-and two-phase pressure drops through a sudden contraction of flow channel, which is one of the important parts performed in the hydraulic analysis of the primary coolant system in normal and accidental conditions of nuclear power plants, an experimental investigation of the effects of sudden contraction of flow channel on single-and two-phase pressure drop has been carried out.
In the present work, a series of experiments have been performed to investigate the effect of flow orientation, number of phases, entrance geometry and flow rate of each phases on the pressure drop due to sudden contraction. Single- and Two-phase pressure drop measurements were made for four different entrance shapes of sudden contraction and for both horizontal and vertical flow. The two-phase flow patterns investigated in the present work were vertical bubbly flow and horizontal stratified flow.
The measured pressure drops were compared with pressure drops predicted by existing models for single-and two-phase flow. For single-phase flow, there were some discrepancies between experimental data and predictions for two entrance shapes, and the results show that single-phase contraction loss coefficient for specific entrance shape have to be determined experimentally. In the case of two-phase flow, Hoopes two-phase multiplier model, which gives a better agreement than homogeneous model, predicts the experimental data within ±10% for vertical bubbly flow and within ±60% for horizontal stratified flow.
In addition, the effects of void fraction and liquid-phase mass velocity on the two-phase pressure drop through a sudden contraction of flow channel were also investigated.
급격한 유로의 축소에 의한 단상 및 이상 유동의 압력강하를 정확하게 예측하는 것은 원자력발전소의 정상 및 사고시 일차냉각계통의 열수력적 해석에서 중요한 분야로서, 이를 위해 유로의 급격한 축소가 단상 및 이상유동의 압력강하에 미치는 영향에 대한 실험적 연구가 수행되었다.
본 연구에서는 유동의 방향, 유체의 상(Phase)수, 축소된 유로 입구의 기하학적 구조 및 각 상의 유량 등이 유로축소에 의한 압력강하에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 일련의 실험이 수행되었다. 4가지의 입구형상과 수직 및 수평 유동에 대해 단상 및 이상유동의 압력강하가 측정되었다. 본 연구에서 조사된 이상유동의 형태는 수직유동에서의 기포류(Bubbly Flow) 와 수평유동에서의 층류(Stratified Flow)였다.
측정된 압력강하는 단상 및 이상 유동에 대한 기존의 압력강하 계산 모형으로 예측된 값과 비교 분석되었다. 단상유동의 경우, 두가지 입구형상에 대해서는 실험치와 예측치 사이에 차이가 있었으며, 분석결과, 특정 입구형상에 대한 단상 유로축소손실계수(Contraction Loss Coefficient)는 실험을 통하여 결정되어져야 하는 것으로 나타났다. 이상유동의 경우, 후프스 (Hoopes)의 이상증배계수(Two-Phase Multiplier)모형이 균일모형(Homogeneous Model)보다 실험치를 더 잘 예측하였는데, 후프스모형은 수직 기포류 유동에 대해서는 압력강하 실험치를 ±10% 이내로 수평 층류 유동에 대해서는 실험치를 ±60% 이내로 예측하였다.
아울러, 기포율(Void Fraction)과 액상 유량(Liquid-Phase Mass Velocity)이 유로축소에 의한 이상 유동의 압력강하에 미치는 영향도 조사되었다.
