A drift flux model is an important two phase flow model used for safety analysis of an
integral type water-cooled small modular reactor. In this thesis, an improvement is first
suggested for the existing drift flux model and moreover the limitation of the model is also
studied theoretically. A statistical assessment for multiple drift-flux correlations has been
carried out using more than 1,600 experimental data compiled from open literature for various
vertical and horizontal flow regimes and geometries. The test geometries include pipes, annulus,
and fuel assemblies. The assessment results show that Hibiki & Ishii correlation is relatively
the most accurate correlation with a mean absolute error of 16.2%, followed by Toshiba
correlation and Antonio correlation with mean absolute errors of 17.45% and 17.69%,
respectively. Furthermore, a new drift-flux correlation is developed based on the collected
experimental data for each flow regime. The performance assessment of the new correlation
demonstrates an improvement over earlier drift–flux correlations with a mean absolute error of
14.6%.
The applicability of the drift-flux approach in the modeling of two-phase flow during fast
transient scenarios is also verified, and the limiting conditions are theoretically defined based
on the relaxation timescales between the flow phases. The limiting conditions reveal that the
annular flow regime has the longest relaxation time scale due to the weak dynamic coupling
between the liquid film and gas continuous phase. Therefore, whenever the drift-flux code is
used to simulate fast transient scenarios of annular flow or mist flow regimes, the transient time
of the system must be much less than the relaxation timescale. Finally, an integral effect test
facility was used to evaluate the accuracy of a commercial thermal hydraulic code that is based
on the drift flux approach by analyzing two accident scenarios, SBLOCA and CLOF. The
results show an over prediction of the break flow in the case of SBLOCA, which may imply a
limited capability of the drift-flux approach in modeling the transition between the vertical
annular flow regime and the stratified flow regime.
드리프트 플럭스 모델은 일체형 수냉식 소형 모듈형 원자로의 안전 분석에 사용
되는 중요한 2 상 유동 모델이다. 이 논문에서는 먼저 기존 드리프트 플럭스 모
델에 대한 개선을 제안하고 모델의 한계를 이론적으로도 고찰하였다. 다중 드리
프트 플럭스 상관식에 대한 통계적 평가는 다양한 수직 및 수평 유동 체제 및 기
하학에 대한 공개 문헌에서 수집 된 1,600 개 이상의 실험 데이터를 사용하여 수
행되었다. 테스트 형상에는 파이프, 환고리 및 연료 어셈블리가 포함되어 있다.
평가 결과에 따르면 Hibiki와 Ishii 상관식이 가장 우수한 상관식이며, Toshiba 상관
식과 Antonio 상관식이 그 뒤를 잇는 것으로 나타났다. 또한 본 논문에서는 각
유동영역에 대해 수집 된 실험 데이터를 기반으로 새로운 드리프트 플럭스 상관
식을 개발하였다. 새로운 상관식의 성능 분석에 따르면 이전 드리프트-플럭스 상
관식 보다 개선되었음을 보여주고 있다. 빠른 과도 시나리오에서 2 상 유동 모
델링에서 드리프트 플럭스 적용 가능성을 확인하기 위한 제한 조건을 유동단계
간의 완화 시간 척도를 활용하여 이론적으로 도출하였다. 액체 필름과 가스 연속-
상 사이의 약한 동적 결합으로 인해 환형 유동 체제가 가장 긴 이완 시간 척도를
가지고 있는 것으로 나타났다. 따라서 드리프트 플럭스 코드를 사용하여 환형 유
동 또는 미스트 유동 영역의 빠른 과도 시나리오를 시뮬레이션 할 때는 시스템의
과도 시간이 이완 시간 척도보다 훨씬 작아야할 것이다. 마지막으로, 종합열수력
효과 시험 시설을 활용한 SBLOCA와 CLOF를 모사하는 시험결과를 활용하여 드
리프트 플럭스 접근법을 기반으로하는 상용 열수력 코드의 정확성을 분석하였다.
결과에 따르면 SBLOCA의 경우 수직 환형 유동 영역과 계층화 된 유동 영역 사
이의 전이를 모델링 할 때 드리프트-플럭스 상관식의 한계로 인해 파단유량을 과
다하게 예측하고 있다.
