An experimental study of bubble distribution at various flow regimes has been carried out in air-water two-phase flows flowing upward in a 40mm diameter acrylic tube under atmospheric pressure. To obtain local void fraction, U-shaped optical probe is used. The probe signal is amplified by electric circuit. The amplified signal is sampled uniformly using the analog to digital converter and stored and processed in IBM-PC/AT computer. The probe was very sensitive to the existence of air and water phase and can be used to obtain not only local void fraction but also other interesting parameters. In bubbly and slug flow regimes, the signals of the probe are different and this difference in the signal shape may be used as an indirect indication of the flow pattern transition. In this study, local time-averaged void fraction is measured and bubble behavior is observed at various flow rates. Results show that in bubbly flow, wall peaks of void fraction occur near tube wall and in slug flow, void fraction is maximum at tube center.
기액이상류에서 기포(bubble)가 이상유동시스템에 미치는 영향이 큼에도 불구하고 아직까지 기포의 행동이나 기공율(void fraction)의 분포에 대한 확실한 실험적, 이론적 기반이 빈약하다. 최근 기공율 측정 장치의 발달로 여러 유동영역에서 기포의 운동 및 분포와 여러가지 난류 매개변수 (turbulence parameter)에 대한 실험과 이론적 연구가 활발이 진행되고 있다. 본 연구는 bubbly flow와 slug flow에서 비교적 낮은 유속의 공기와 물의 이상류에서 기포의 분포와 운동을 관찰함을 기본적 취지로 두고 있다.
기공율 측정을 위해 U모양의 광탐침(optical probe)을 사용하였다. 실험결과에 따르면 bubbly flow에서 관의 벽 근처에서 wall peaking 현상이 일어나며 이 현상은 물의 유량과 공기의 건도(mass air quality)에 의존한다. 이 wall peak는 공기의 유량이 증가함에 따라 관의 중심으로 이동하며, 공기의 유량을 증가시켜 slug flow가 될 때 사라지고 기공율은 관중심에서 최대값을 가지는 parabolic 분포를 이룬다.
끝으로 좀더 정확한 데이타를 얻기 위해 기공율 측정 시스템의 개선과 기포의 운동에 대한 광범위한 이론적인 연구가 병행 되어야 하리라 본다.
