To investigate the effects of pressure and air mass fraction on the condensation heat transfer in a vertical tube, experiments has been performed for steam-air mixture inlet pressures of 0.1, 0.2, and 0.4Mpa. Air mass fraction and mixture Reynolds number vary from 10% to 47% and from 4672 to 34310, respectively. Temperatures of the outer surface of the condenser tube, steam-air mixture bulk, and the coolant water are measured. The pressure of the upper plenum, the steam-air mixture flow rate, and the flow rate of the cooling water is measured, too. These data are reduced to give the local heat flux, heat transfer coefficient, condensate Reynolds number, air mass fraction, and Nusselt number. The local Nusselt number is correlated in terms of the local mixture Reynolds number, Jakob number, and air mass fraction.
It is found in this experiment that the condensation heat transfer coefficient increases as the air mass fraction of the steam-air mixture decreases and the system pressure increases. The condensation heat transfer increases with the increase of the diameter of the pipe connecting the steam generator and the test section. The increase of the venting from the lower plenum promote the condensation. When the steam-air mixture flows upward from the lower plenum, even at a low flowrate the countercurrent flow limitation phenomena is observed.
신형 원자로의 중요한 안전 계통인 격납용기 냉각 계통(PCCS)을 설계할때 Simplified Boiling Water Reactor(SBWR) 의 피동 콘덴서의 개념을 이용한다. 이때 공기분율이 높은 증기-불응축성 기체 혼합물의 응축은 피동 콘덴서 내부에서의 불응 축성 기체의 축적을 유발시키고, 축적된 불응축성 기체는 열전달을 감소시킨다. 이 실험적 연구의 목적은 수직관에서의 공기의 축적과 격납용기의 압력이 응축에 미치는 영향을 살펴보는 것이다.
Test section 입구의 압력이 0.1, 0.2, 0.4Mpa일때 공기분율을 10%에서 47%까지 변화시키면서 실험하였다. Test section의 바깥 표면의 온도, 증기-공기 혼합물의 온도와 냉각수의 온도를 측정하였고, 또한 증기발생기와 upper plenum의 압력, 혼합물의 유량과 냉각수의 유량을 또한 측정하였다. 이 계측값으로부터 test section의 열유속, 열전달계수, Reynolds 수, 공기 분율과 Nusselt 수 등을 계산하였다.
이 실험으로부터 열전달계수는 증기-공기 혼합물의 공기 분율이 감소하고 계통 압력이 증가할때 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며, 증기 공급선이 1-inch인 경우의 열전달이 1/2-inch인 경우보다 test section에서의 열전달이 더 잘 일어나는 것을 볼 수 있었다. Lower plenum으로부터의 공기 배출은 test section 내부에서의 증기-공기 혼합물의 응축을 촉진시켰으며, 증기-공기 혼합물의 흐름 방향이 응축수의 방향과 반대인 경우 아주 낮은 유속에서 역류 제한 현상이 관찰되었다.
