Experimental investigations of high-pressure steam condensation heat transfer are limited due to technical requirements and construction costs of experimental facilities. Applying fluid-to-fluid scaling methods is a possible way to reduce those requirements and costs. It also helps to extend the current steam condensation database. Performing experiments with simulant fluid, Freon for instance, allows testing at low pressure, low temperature and with low power requirements compared with the prototype. Fluid-to-fluid scaling criteria for modeling high-pressure steam condensation have been developed based on the Buckingham Pi theorem and the non- dimensionalization of the governing equations and the interface boundary conditions. It was decided that in order to guarantee the similarity between a prototype and a model, the liquid-to-vapor density ratio, the Froude number, and the vapor-phase Reynold's number should be preserved. The scaling of the condensation heat transfer coefficient is based on the Nusselt number. The developed scaling criteria have been validated using two approaches, the first is based on condensation empirical correlations, while the second approach is based on CFD simulations. The applicability of the developed scaling criteria to allow performing experiments using refrigerants, and the use of the existent refrigerant-based databases to study high-pressure steam condensation have also been assessed.
실험을 통한 고압 증기 응축 열 전달에 대한 연구는 기술 및 경제적으로 많은 어려움이 따른다. 이 때, 유체 – 유체 스케일링 방법을 이용하면, 기존의 문제점들을 해결함과 동시에, 기존보다 더 많은 증기 응축 데이터베이스를 확보할 수 있다. 게다가, 프레온(Freon)과 같은 시뮬레이션 유체를 이용하면, 프로토타입에 비해, 저온, 저압 및 저전력에서 실험이 가능하다. 고압 증기 응축 모델링을 위한 유체-유체 스케일링 기준은 버킹검 파이 정리 (Buckingham Pi theorem)와 지배 방정식 및 경계 조건의 무차원화를 통하여 개발되었다. 그리고, 프로토타입과 모델의 상사성을 확보하기 위해, 액체-기체 밀도 비, 프루드 수 (Froude number), 기체 상의 레이놀즈 수 (Reynold’s number)는 유지하는 것으로 결정하였다. 응축 열 전달 계수의 스케일링은 넛셀 수 (Nusselt number)를 기반으로 하였으며, 개발된 스케일링 기준은 응축 실험상관식과 CFD 시뮬레이션을 통하여 검증되었다. 또한, 냉매를 이용한 실험이 가능하도록 개발된 스케일링 기준의 적용성과, 고압 증기 응축 연구를 위한 기존의 냉매 기반 데이터 베이스의 이용성에 대한 평가도 진행되었다.