A study, on the methods to predict the critical heat flux (CHF) of saturated upward flow boiling water in vertical narrow rectangular channels, has been conducted. For the assessment of various CHF prediction methods, 608 experimental data were selected from the previous researches, in which the heated sections were uniformly heated from both wide surfaces under the high pressure condition over 41 bar.
By using ACE algorithm, the recent statistical analysis tool, new empirical correlations (New Correla-tion-A and B) were proposed. The CHF data are well predicted with standard deviation (SD) with 13.1% and root mean square error (RMSE) with 13.1%, which are more advanced, compared with those of Katto correla-tion. Through the ACE transformation, it is found that the effect of the channel shape parameters on the CHF is greater than that of others.
Taking account of proper correction factors into AECL’s Look-Up Table (LUT), CHFs are calculated with SD of 11.8 % and RMSE of 11.9 %, which are a little more improved than those of New Correlation-A and B. The comparative study, with experimental data at the pressure condition of about 41 bar, shows that LUT is potentially applicable to low pressure condition and the pragmatic prediction method.
To theoretically predict the CHF of saturated flow boiling water in circular channels, 6,058 experi-mental data, for which liquid film dryout (LFD) model has its own engineering effectiveness, were selected from KAIST CHF data bank. Review on the representative LFD models (Whalley, Levy, Wurtz and Mishima models) shows that it’s reasonable to define the initial condition of quality & entrainment fraction at onset of annular flow (OAF) as the transition to annular flow regime & the equilibrium value respectively, and the pre-diction error of LFD model is dependent on the accuracy of the constitutive equations of droplet deposition & entrainment. In the Katto model, the CHF data are predicted with SD of 14.0% and RMSE of 14.1%, but some data could not be calculated. Meanwhile, in the present LFD model, which is based on the constitutive equations developed by Okawa et al., the whole data are calculated with SD of 17.1% and RMSE of 17.3%. So, the present model was finally selected as the best LFD model to predict the CHF for narrow rectangular channels.
For the assessment of the present LFD model for narrow rectangular channels, 284 data were selected similarly with the case of circular channels. By using the present LFD model, the CHF data are predicted with RMSE of 22.9% with the dryout criterion of zero-liquid film flow, but RMSE of 18.7% with rivulet formation model. This shows that the prediction error for narrow rectangular channels is similar with that for circular channels in the present LFD model.
얇은 수직 사각유로 상향유동에서의 포화비등조건 임계열유속 예측을 위한 방법을 연구하였다. 연구에 사용된 실험데이타는 넓은 면 양측이 길이방향으로 균일하게 가열되는 사각유로에 대해 41 bar 이상의 고압조건에서 수행된 608개의 데이터다.
최근 개발된 통계분석방법인 ACE 알고리즘을 적용하여 새로운 상관식을 유도하였으며, 표준편차 13.1%, 평균제곱근오차 13.1%로 기존 Katto 상관식보다 예측오차를 개선하였다. 한편 ACE 변환 과정을 통해 원형관과 달리 사각유로 단면 형상과 관련된 인자들이 임계열유속에 상대적으로 크게 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
한편 AECL에서 개발한 Look-Up Table (LUT)의 경우 적절한 보정계수를 고려하였을 경우 표준편차 11.8%, 평균제곱근오차 11.9%의 예측오차를 보여 새로운 경험상관식보다 다소 개선된 예측결과를 확인하였다. 특히 41 bar 부근에서의 실험데이타와 비교 시 저압조건에서의 적용가능성이 확인되므로 LUT가 다른 경험상관식에 비해 보다 실용적인 방법임을 알 수 있었다.
환상유동영역 CHF 예측을 위하여, KAIST CHF data bank로부터 액막건조모델 (LFD 모델)에 의한 예측이 의미를 가지는 6,058개 데이터를 선별하였다. 대표적인 LFD 모델로 Whalley, Levy, Wurtz, Mishima 모델에 대한 검토결과, 환상유동이 시작되는 초기조건의 건도/기공율 및 액적율을 상수보다 환상유동 천이조건 및 수력적 평형상태 값을 각각 적용하는 것이 합리적이며, 각 모델의 예측오차는 액적 점착 및 이탈율에 대한 보조방정식의 정확도에 좌우된다는 사실을 확인하였다.
초기조건에 임계액막두께 개념을 적용하여 Levy 모델을 수정한 Katto 모델의 경우 표준편차 14.0%, 평균제곱근오차 14.1%의 가장 낮은 예측오차를 보였으나, 일부 데이터가 수렴되지 않는 단점이 있다. Okawa 등이 제안한 보조방정식을 기반한 신규 LFD 모델의 경우 모든 데이터에 대해 계산이 가능하였고, 표준편차 17.1%, 평균제곱근오차 17.3%의 예측오차를 보여 얇은 사각유로에서의 임계열유속을 예측하기 위한 최적의 LFD 모델로 선정하였다.
얇은 사각유로에서의 임계열유속을 예측하기 위하여 역시 LFD 모델에 의한 예측이 의미를 가지는 284개 데이터를 선별하고, 신규 LFD 모델을 적용하였다. 예측 결과 액막이 완전 소멸되는 조건의 드라이아웃 기준의 경우 평균제곱근오차 22.9%, Rivulet 생성 모델의 드라이아웃 기준의 경우 18.7%의 예측오차를 보여, 원형관에서의 예측오차와 유사한 예측성능을 확인하였다.
