An experimental investigation of the effects of the sudden contraction of flow channel on single- and two-phase pressure drop in vertical air-water flow has been carried out, for the adequate prediction of single- and two-phase pressure drops through a sudden contraction of flow channel is one of the important parts performed in the hydraulic analysis of the primary coolant system in normal and accidental conditions of nuclear power plants.
In the present work, a total of 172 measurements were made for four different entrance shapes of sudden contraction. The two-phase flow pattern examined was bubbly flow of air-water mixture. The measured pressure drops were compared with pressure drops predicted by existing models for single- and two-phase flow. From single-phase experimental data, the contractional loss coefficients were determined. Based on these loss coefficients and two-phase experimental data, pressure drops were calculated and compared with the pressure drops predicted by analytical models for two-phase flow.
For single-phase flow, there were some discrepancies between experimental data and predictions, and the results show that single-phase contractional loss coefficient for specific entrance shape must be determined experimentally. In the case of two-phase flow, the predicted two-phase pressure drops using Hoopes' model were within ±10% of measured data, whereas the homogeneous model overpredicted the measured data as much as 15%. In addition, the effects of void fraction and liquid-phase mass velocity on the two-phase pressure drop through a sudden contraction of flow channel were also investigated.
유로의 급격한 축소에 의한 단상 및 이상 유동의 압력 강하를 정확하게 예측하는 것은 원자력 발전소의 정상 상태 및 사고시에 있어서의 일차 냉각 계통의 수력학적 해석에서 수행되는 중요한 분야들 중의 하나로서, 이를 위해 공기와 물의 수직 유동에 있어 유로의 급격한 축소가 단상 및 이상 유동의 압력 강하에 미치는 영향에 관한 실험적 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 급격히 축소된 유로의 서로 다른 4가지의 입구 형상에 대하여 총 172개의 측정을 하였다. 고찰된 이상 유동의 형태는 공기와 물이 혼합된 기포류 (Bubbly Flow)였다. 측정된 압력 강하를 단상 및 이상 유동에 대한 기존의 압력 강하 계산 모형으로 예측된 값과 비교 분석하였다. 단상 유동의 실험치로부터 유로 축소 손실 계수 (Contractional Loss Coefficient)를 결정하였고, 이 손실 계수와 이상 유동의 실험치를 바탕으로 이상 유동의 압력 강하를 계산하고 해석적 모형에 의해 예측된 값과 비교하였다.
단상 유동의 경우, 실험치와 예측치 사이에 차이가 있었으며, 분석한 결과, 특정한 입구 형상에 대한 단상 유로 축소 손실 계수는 실험적으로 결정되어져야 하는 것으로 나타났다. 이상 유동의 경우, 후프스 모형 (Hoopes' Model) 에 의해 예측된 압력 강하는 측정치의 ± 10% 이내 에 들었으며, 반면에 균일 모형 (Homogeneous Model)은 측정치를 15% 정도나 과도 예측하였다.
아울러, 기포율 (Void Fraction)과 액상 질량 속도 (Liquid-Phase Mass Velocity)가 유로 축소에 의한 이상 유동의 압력 강하에 미치는 영향도 조사하였다.
