The effects of the spacer grid and mixing vane on the critical heat flux (CHF) have been experimentally investigated under low-pressure, low-flow and high-quality conditions using two types of test sections: an annulus and a round tube.
In the annulus test section (0.7m long, 19 mm I.D., 33.5 mm O.D.,) the ring type spacer grid was used to know the variation of the CHF and the first location of the CHF according to the axial location of the spacer grid. The transparent outer tube was used to observe the mechanism of the CHF and the flow patterns when the CHF occurred. In the tube test section (0.7 m long, 10.8 mm I.D.), the split vane type mixing vane was invented and installed in the tube. The test conditions were atmospheric pressure, low mass flux and constant inlet subcooling.
Experimental results shows that (1) the spacer grid usually increases the CHF although gives no effect on, or decreases the CHF in some cases, depending on the mass velocity and its axial location, (2) especially in the lower mass flux (G ＜ 100∼150 kg/㎡s), the spacer grid or the mixing vane can not increase the CHF, on the contrary it decreases the CHF, (3) the location of the first CHF is usually just upstream of the spacer grid, but it is same to the bare test section's when the flow is low or the spacer grid is located far from the downstream end of the test section. The major mechanisms of the effects of the mixing vane on the CHF are discussed. They may be (1) directing the entrainments to the heated wall to increase droplet deposition at the wall (an increasing effect), and (2) breakup of the liquid film in annular flow at the wall (a decreasing effect).
핵연료 지지격자와 혼합날개가 임계열유속에 미치는 영향을 저압 저유속, 고건도 영역에서 환상관과 원형관을 이용하여 실험적으로 연구하였다.
길이 0.7 m, 내경 19 mm, 외경 33.5 mm인 환상관을 제작하고 반지형의 지지격자를 설치, 지지격자의 축방향 위치에 따라 임계열유속의 변화와 그의 발생 위치를 알아보았다. 또한 임계열유속 발생 시 유동형태와 임계열유속 기구의 관찰을 위해 환상관의 외부관은 투명한 파이렉스 관을 사용하였다. 길이 0.7 m, 내경 10.8 mm의 원형관에서는 스플리트 베인 형태의 혼합날개를 제작하여 설치하였다. 이 실험들은 대기압, 낮은 유속, 일정한 입구 과냉도 상태에서 수행하였다.
실험의 결과는 다음과 같았다. (1) 핵연료 지지격자는 일반적으로 임계열유속을 증가시키지만, 질량유속과 지지격자의 축방향 위치에 따라서 임계열유속을 감소시킬 수도 있고, 아무 변화를 주지 않을 수도 있다.(2) 특히 낮은 질량유속에서는(G ＜ 100~150 kg/㎡$\sec$), 지지격자나 혼합날개는 임계열유속을 감소시킨다. (3) 임계열유속의 첫 발생지점은 일반적으로 지지격자의 바로 상류지역이지만, 유속이 낮을 때나, 지지격자가 가열관의 하류 끝에서 상당히 멀리 떨어져 있을 경우에는 지지격자를 설치하지 않은 실험관과 같은 결과를 보여주었다. 혼합날개가 임계열유속 기구에 미치는 주요 영향이 고찰되었다. 그것은 (1) 임계열유속을 증가시키는 것으로서 액적들을 히터 표면으로 향하게하여 벽면에서의 액적침착률을 증가시키는 효과, (2) 임계열유속을 감소시키는 것으로서 벽면에서의 액막을 파괴하는 효과가 있다.
