The critical heat flux(CHF) phenomenon has been investigated with primary emphasis on the stable flow of water in vertical round tubes at low pressure and low velocity (LPLV) conditions. A low pressure experimental loop was constructed and experiments have been perfomed for water flow in vertical round tubes with diameters of 0.006m and 0.0088m for low mass fluxes under atomspheric pressure. Experimental results show that (1) the behavior of CHF in a vertical round tube appears to be similar in LPLV conditions regardless of the flow direction, inlet subcooling and inlet throttling as far as stable flow condition is maintained, (2) the CHF at near zero flow is predicted well by the Wallis' flooding correlation, (3) the CHF at LPLV conditions is an increasing function of mass flux, The physical mechansim leading to the CHF at LPLV conditions is discussed, and an expression for the flooding-limited CHF including the non-zero flow condition is derived. The dervied maximum mass flux for flooding and corresponding CHF agrees well to the experimental data. And a new design correlation is developed based on the combination of the present data and other CHF data availabel in the literature. Assessment shows reasonable agreement of predictions to experiments. In addition to the stduy of LPLV CHF, a new methodology for classification of CHF patterns is proposed based on the entropy minimax principle and applied to the Groeneveld et al.'s CHF look-up table. Resulted patterns and comparison with existing correlations show the applicability of this methodology.
저압, 저유속 상태의 물이 수직 원형관 안으로 흐르는 경우를 중심으로 임계 열유속에 관한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 저압 실험장치를 설계, 제작하고, 길이가 0.72 m이고, 내경이 각각 0.006m 및 0.0088 m인 수직 원형관에 대하여 대기압 하에서 실험을 수행하였다. 실험 결과, (1) 수직 원형관에서의 임계 열유속 거동은 안정한 유동이 유지되는 한, 유동의 방향, 입구 미포화도, 입구 압력 강하 등에 관계 없이 유사하고, (2) 순유량이 0일 때의 임계 열유속은 Wallis의 플러딩 상관식에 의해 비교적 잘 예측되며, (3) 저압, 저유속 조건에서의 임계 열유속은 질량 유속이 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 저압, 저유속 조건에서 임계 열유속 상태를 일으키는 물리적 메카니즘에 대해 고찰하고, 유동이 있는 경우를 포함하는 플러딩 임계 열유속 관계식을 유도하였다. 여기서 얻어지는 임계 열유속과 플러딩 임계 열유속이 발생할 수 있는 최대 질량 유속은 실험 결과와 잘 일치하였다. 또한 이번 실험과 문헌에서 얻어진 약 500 개의 데이타를 사용하여, 입구 조건에 기초한 저압, 저유속 임계 열유속 상관식을 개발하였다. 개발된 상관u}컥o} 이 영역에서의 임계열유속 현상의 특이성을 감안할 때 비교적 작은 오차를 나타내는 것으로 판단된다. 이와 아울러 엔트로피 최대-최소 원리를 이용하여, 변수의 영향에 기초한 임계 열유속패턴 구분 방법을 제시하고, 이를 Groeneveld 등의 표에 적용하였다. 그 결과 합리적인 것으로 판단되는 9 가지 패턴을 얻었으며, 이를 기준으로 많이 사용되는 몇 가지 상관식의 정확도를 평가하였다.
