This study has been carried out to investigate the hydrodynamic stabilities of natural circulation and to analyze Critical Heat Flux (CHF) characteristics for the natural and forced circulation. A low pressure experimental loop was constructed, and experiments under various conditions have been performed.
In the experiments of the natural circulation, flow oscillations and the average mass flux have been observed. Several parameters such as heat flux, the inlet temperature of test section, friction valve opening and riser length have been varied in order to investigate their effects on the flow stability of the natural circulation system. The results show that the flow instability has strongly dependent on geometric conditions and operating parameters, the inlet temperature and the heat flux of test section. It was found that unstable region for the heat flux and the inlet temperature exists between the single-phase stable region of low heat and low inlet temperature and the two-phase stable region of very high heat flux and high inlet temperature.
The CHF data from the natural and forced circulation experiments have been compared each other to identify the effects of the flow instabilities on the CHF for the natural circulation mode. The test conditions were low flow less than 70 kg/㎡s of water in vertical round tube with diameter of 0.008m at near atmospheric pressure. In this study, no difference in CHF values is observed between natural and forced circulation. Since low flow usually has the oscillation characteristic of relatively low amplitude and high frequency, the effect of the flow instabilities on the CHF seems to be negligible.
자연순환의 수력학적 안정성을 조사하고, 자연순환과 강제순환 조건에서 임계 열유속의 특성을 비교, 분석하기 위한 실험장치가 설치되었다. 본 논문에서는 길이가 0.72m 이고, 내경이 0.008m인 수직 원형관의 가열기를 가지고 대기압 근처에서 여러가지 조건들을 바꾸면서 실험이 수행되었다.
자연순환 실험에서는 유동진동과 평균 질량유속이 관측되었다. 가열기의 열유속, 가열기의 입구온도(과냉온도), 밸브에 의해 조절되는 마찰저항 그리고 가열기와 응축기 사이의 거리(Riser Length)를 변수로 하여 자연순환 계통의 유동 안정성에 대한 그들의 영향을 조사하였다. 실험 결과, 유동의 안정성은 가열기의 열유속과 입구온도 그리고 시스템의 특성에 크게 좌우됨을 알았다. 다른 실험변수들을 고정 시키고 가열기의 입구온도와 열유속의 관점으로 볼때, 유동의 불안정한 영역은 낮은 열유속과 입구온도에 의해 안정된 액체 상태를 유지하고 있는 영역과 높은 열유속과 입구온도로 밀도파진동에 의해 안정된 이상류 영역 사이에 존재한다. 마찰저항의 증가에 따라 평균 질량유속은 감소하나, 유동이 더욱 안정되어지고, Riser Length를 증가시킴에 따라 평균유속은 증가하나, 유동이 더욱 불안정해졌다. 유동 진동의 주기는 가열기의 열유속과 입구온도의 증가에 따라 짧아졌다.
자연순환과 강제순환의 임계 열유속 실험이 70kg/㎡s 보다 작은 질량 유속에서 수행되어 졌는데, 그들의 결과는 아무런 차이가 없었다. 그 이유는 상대적으로 너무 낮은 유속이고, 실험장치 회로(Loop) 내에서의 마찰저항 때문에 유속이 안정되었으므로, 유동 불안정성의 아무런 영향도 받지 않았기 때문이다.
