The critical heat flux (CHF) phenomenon at low pressure and low mass velocity (LPLV) conditions is important in relation to reactor accident conditions, inherent safety reactors and various research reactors, whereas available experimental data are very limited and the mechanisms are not well understood. In this work, we have collected the reported experimental data and analyzed them to identify the CHF mechanisms and to develop a reliable set of CHF correlations. Furthermore we have performed the experiments to extend the available data.
The examination of the CHF data indicates that the CHF condition occurs by the flooding mechanism at extremely low mass velocities and by the transition from slug(or churn) to annular flow at low mass velocities. The flooding mechanism gives considerably lower CHF values than conventional pool-boiling CHF correlations. The slug-to-annular flow transition causes flow stagnation and/or flow reversal which seem to induce the CHF condition easily for low flow. Additionally, we derived the criteria for the region of the flooding-limited CHF in terms of channel diameter and mass velocity.
We made the CHF correlations for circular tubes and annulus channels based on this flow regime transition criterion, and compared them with experimental data. The correlations show good performance in prediction of CHF at LPLV conditions.
Experiments have been performed for a 6 mm-I.D. circular tube at atmospheric pressure as the first phase. The experiments give slightly higher CHF values than previous works. The experimental results are discussed briefly, because further experiments are being performed.
저압 저유속 조건에서의 임계 열유속 현상은 원자로의 사고, 고유안전로, 연구용 원자로 등에서 중요하다. 그러나 이용 가능한 실험 자료가 극히 제한되어 있으며, 현상이 잘 규명되어 있지 않다. 저압 저유속 조건에서의 임계 열유속을 연구하기 위하여 보고된 실험 결과들을 모았으며, 메카니즘을 규명하기 위하여 이들을 분석하고 임계 열유속에 대한 상관식을 개발하였다. 아울러 이용가능한 데이타를 확장하기 위하여 실험을 수행하였다.
초저유속 조건에서의 임계 열유속 현상은 통상적인 풀(pool) 비등에 의한 임계 열유속보다 낮은 값을 갖는 프러딩(flooding) 메카니즘에 의하여 발생함을 알 수 있었다. 그리고 프러딩에 의해 임계 열유속이 발생 가능한 영역을 유로 직경과 유량으로 나타내었다. 저유속 조건에서는 스럭(slug) 또는 천(churn) 유동에서 환상유동으로의 천이에 의하여 유동의 정지 또는 역전현상이 일어나며 이로 인하여 임계 열유속 현상이 쉽게 유발되는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 이러한 유동의 천이 메카니즘에 근거하여 원형관과 환형관에 대하여 상관식을 각각 개발하였다. 그리고 보고된 종전의 실험결과들과 비교하였으며 좋은 결과를 얻었다.
실험은 일차적으로 내경 6mm 의 원형관에 대하여 대기압에서 수행되었다. 실험결과는 Mishima 등과 Lowdermilk 등에 의하여 이루어진 연구의 결과들과 비교하였을 때 약간 큰 값을 가지고 있었다. 데이타의 수가 적은 관계로 간단한 분석만이 이루어졌다. 다양한 조건에서의 실험이 앞으로 수행 될 예정이다.
