In severe accident condition of nuclear power plant, cladding can be deformed by rapid change of pressure and temperature. Cladding deformation, especially for ballooning, can change the flow path of coolant, which changes the flow and heat transfer characteristics. Effect of flow path change toward critical heat flux (CHF) was experimentally investigated to ensure safety of long-term core cooling phase with deformed channel. From the experimental results, location of CHF was varied by expansion ratio and inlet mass flux. In experiments with either a low expansion ratio ($\epsilon<1.5$) or a low mass flux ($<150$ $kg/m^2s$), CHF occurred at the test section outlet with values similar to results from a plain tube with the same inlet diameter. Core condition during long-term core cooling phase was in this range, so deformed cladding showed negligible effect on CHF for present reactor design. On the other hand, in experiments with a high expansion ratio ($\epsilon<1.5$) and high mass flux ($<150$ $kg/m^2s$), CHF was detected at the sudden expansion point. In order to analyze this phenomenon, flow velocity was obtained from the CFD and force balance was analyzed by that result. The reason for transition of CHF location was suggested that local bubble stagnation induced by a balance between drag and buoyancy forces on the bubbles resulted in local flooding in the downward flow.
원자력발전소의 중대사고 시 온도와 압력의 급격한 변화로 인해 피복관의 변형이 일어날 수 있다. 피복관의 변형은 유로의 형상을 바꿔 유동 및 열전달 특성이 바뀌게 되는데 이러한 변형이 안전에 있어 중요한 열전달 특성 중 하나인 임계열유속에도 영향을 미치고 장기노심냉각 단계의 안전성에 영향이 있는지 실험을 통해 확인했다. 실험결과 유로 팽창률과 입구유속 조건에 따라 임계열유속 발생 위치가 달라진 것을 확인했다. 낮은 유로 팽창률 또는 낮은 입구유속 조건에서는 유로의 변형으로 인해 임계열유속이 크게 변화하지 않았으며 실제 장기노심냉각 단계의 노심상태가 이러한 조건이었기에 원자력발전소의 안전성에 영향을 미치진 않았다. 반면, 유로 팽창률이 크고 입구유속 조건이 큰 실험조건에서 유로가 급격히 팽창한 부분에서 낮은 임계열유속이 발생하였기에 이 현상에 대한 분석을 수행했다. 급격히 팽창한 유동에서의 유동을 상용 CFD를 사용해 얻었으며 이 유동장을 통해 기포에 작용하는 힘을 분석했다. 급격히 팽창한 유동의 벽면에서 발생하는 하향류에서 기포의 정체가 일어날 수 있으며 이로 인해 유로 팽창부에서 미성숙 임계열유속이 발생하였고 이가 발생하는 조건을 정할 수 있었다.
