Parametric effects at critical heat flux(CHF) have been measured in subcooled water flowing horizontally in a uniformly heated tube under low pressure. The parametric effects of mass flux, inlet subcooling, ratio of length and diameter (L/D), and heat flux were investigated. A visual study gave helpful information on the flow structure at the conditions under investigation.
An empirical correlation is proposed to predict burnout heat flux for subcooled flow boiling inside uniformly heated horizontal tubes. The effects of principal parameters are assumed to be independent variables without coupled each others. The proposed correlation agreeds with obtained data within ± 15%.
The results show that increasing the mass velocity increases CHF for subcooled conditions, the increased inlet subcooling increases CHF linearly and CHF decreases as L/D is increased to a limting value (L/D= 15 to 80), above which it has a minor influence.
At the entrance region CHF(L/D ＜ 80) is almost inversely proportional to L/D. The test section was destroyed by local burnout within a second after reatching the critical heat flux.
In this investigation the exit quality of the vapor is always negative, however, pressure drops in the test section are smaller when burnout is taking place than when liquid phase only flows in the channel since frictional pressure drop reduces by local boiling.
A theory of pressure drop and heat transfer for various flow regimes of two phase flow was summarized in chapter 2 and 3. Experimental data were obtained with water for the ranges of mass velocity of $0.8\times10^6$ to $4.0\times10^6 1bm/hr-ft^2$.
균일하게 가열되는 수평관내에서 과냉된 물의 강제대류 비등에 따른 번아우트가 발생할 때, critical heat flux (CHF) 에 중요한 영향을 미치는 변수들의 효과를 측정하였다. 변수로 유량, 입구 과냉도, 가열체의 길이와 지름의 비 (L/D) 등을 낮은 압력상태에서 변화시키면서 번아우트열유속 (CHF) 등을 측정하였다. 실험 조건에서 유동의 실제 모양을 볼 수있는 test section 도 제작함으로서 유익한 정보를 얻을 수 있었다.
실험결과는 유량과 입구 과냉도의 증가에 따라서 번아우트 열유속은 거의 선형적으로 증가된다. 한편 길이와 지름의 비 (L/D)가 증가되면 입구 영향이 존재하는 구역 (L/D ＜ 80) 에서는 길이와 지름의 비 (L/D)에 거의 반비례하면서 감소한다. 그밖의 구역에서는 길이의 영향은 미소하다. 균일하게 가열되는 수평관내에서 과냉된 물의 강제대류 비등에 따른 번아우트 열유속은 예측하는 실험적인 관계식이 제안되었다. 실험식은 오차 범위 ± 15% 이내에서 실험결과와 일치한다.
높은 번아우트 열유속에서는 테스트 부분 끝지점에서 1초 사이에 가열튜브가 급속히 파단되었으며, 그보다 낮은 임계 열유속에서는 동일한 위치에서 튜브가 적열되면서 상류로 번아우트 구역이 확대되어 갔다.
번아우트 열유속 근처에서 테스트 부분 (test section) 사이에서 일어나는 압력 강하는 액체 유동만으로 발생하는 압력강하보다 감소되었으며, 이는 표면에서의 국부적인 비등으로 발생되는 기포와 전열면 근처의 유체의 온도상승에 따른 점성의 변화에 의하여 마찰 압력 손실이 감소하는 효과때문이다.
각각의 유동 형태에서의 압력 강하와 열전달에 관한 이론을 기술하였으며, 에너지 방정식에서는 영향을 무시할 수 있는 항에 대한 정당한 이유를 설명하고 있다. 질량속도 $3.96\times10^6$ 에서 $19.8\times10^6 kg/hr-m^2$ 까지의 범위내에서 출구압력 16.7 psia 에서 실험 데이타가 얻어졌다.
