This study has been accomplished to investigate the effect of the heated surface orientation on the Critical Heat Flux (CHF) in the pool of saturated water at atmospheric pressure.
An experimental loop is constructed under atmospheric pressure and experiments have been performed for various orientations using two test sections. One has 0.02 m width, 0.20 m length, 0.0005m thickness and the other has 0.025 m width, 0.20 m length, 0.0005m thickness. Test sections are made up of stainless steel 304 considering the corrosion in the water pool and rectifier capacity. CHF data are obtained for various orientations, 180℃(downward facing), 178˚, 176˚, 174˚, 150˚ and 130˚, using two test sections. Experimental results show that (1) CHF decreases as the heated surface orientation increases. CHF gradually decreases till certain degree(transition degree) as the degree of the heated surface increases and rapidly decreases after that. This transition degree decreases as the width of the test section increases. For all orientations, measured CHF is much lower than those predicted by typical pool boiling CHF correlations. (2) CHF decreases as the width of heated surface increases. Above two results can be inferred by following reasons. Generated bubbles are stayed at the heated surface for a long time as the degree and the width of heated surface increase and water is not contact with the heated surface. Thus, heat generated at the surface is not sufficiently cooled by the water. Therefore, CHF is occurred at low heat flux. (3) There are two mechanisms in the heat transfer of inclined heated surface. They are bubble agitation mechanism and evaporative mechanism. Bubble agitation mechanism seems to be most dominant at low heat flux and evaporative mechanism appears to be dominant at high heat flux.
본 논문은 대기압하의 포화수 수조에서 열전달면의 각도가 임계 열유속에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행되었다.
대기압조건 실험장치가 설치되었고 두개의 가열기(0.2m 길이, 0.02m 폭, 0.0005m 두께 평판 가열기와 0.2m 길이, 0.02m 폭, 0.0005m 두께 평판 가열기)를 사용하여 여러 각도, 180˚ (가열기가 아래를 향하고 있는 경우), 178˚, 176˚, 174˚, 150˚ 그리고 130˚, 에 대하여 실험이 수행되어졌다. 가열기는 물속에서의 부식을 방지하고 정류기의 성능을 고려하여 스테인레스강으로 만들어졌고 각각의 가열기와 각도에 대한 임계 열유속을 측정하였다. 실험으로부터 다음과 같은 결과를 얻었다. (1) 임계 열유속은 임의의 각도(천이 각도)까지 점차적으로 감소하고 그 이상의 각도에서는 급속하게 감소하는 경향을 보인다. 이러한 천이 각도는 열전달면의 폭이 커짐에 따라 감소하였다. 모든 각도에 대하여 임계 열유속 측정치는 전형적인 임계 열유속식에 의한 예측치보다 훨씬 작다. (2) 임계 열유속은 가열기의 폭이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 위의 두가지 결과들은 다음과 같은 이유로서 발생한다. 생성된 증기들은 가열기의 각도와 폭이 증가함에 따라 가열기에 더 오랫동안 머무르게 되고 그 동안 물은 가열기와 접촉하지 못하게 된다. 그러므로 임계 열유속은 낮은 열유속에서 발생하게 된다. (3) 경사진 열전달면의 열전달에는 두가지 메카니즘이 존재하는것으로 관찰되었다. 하나는 증기 요동 메카니즘이고 다른 하나는 증발 메카니즘이다. 증기 요동 메카니즘은 낮은 열유속에서 지배적인 것으로 보이고 증발 메카니즘은 높은 열유속에서 지배적인 메카니즘으로 관찰되었다.
