Liquid Film Thickness Measurement by An Ultrasonic Pulse Echo Method

초음파 Pulse-echo 방법에 의한 액체막 두께 측정

The main purpose of this work is to investigate the effects of the wall thickness, the ultrasonic frequency, and the acoustic impedance of wall material on the liquid-film thickness measurement by an ultrasonic pulse echo method. A series of liquid-film thickness measurements in a horizontal air-water stratified system was performed employing a plate-type and a tube-type test sections. Measurements were repeated changing (1) the wall thickness of the test section and (2) the transducer frequency. Also, in an effort to improve the accuracy of the measurement and to exam me the effect of acoustic impedance of wall material on the measurement by an ultrasonic technique, two different stand-off rods, one made of stainless steel and the other polyacrylate, were used in the liquid-film thickness measurement. These experimental results are discussed and compared with the actual film thicknesses.

경수형 원자로의 운전과 안전성 해석을 위해 열수력학적 모형을 개발하는 것이 하나의 중요한 과제이다. 특히, 2상류의 열수력학적 모형을 개발하기 위해서는 기포율, 액체막 두께, 유동 영역과 같은 중요한 변수들을 실제로 측정한 값이 필요하다. 본 연구의 목적은 초음파 Pulse-echo 방법을 이용하여 액체 두께를 실험적으로 측정하고, 이론치와 비교 분석하여 (1) 관벽의 두께, (2) 초음파의 주파수, (3) 관벽의 재질 등이 액체막 두께 측정에 미치는 영향을 분석하는 데에 있다. 평판협 (Plate-type)과 관(Tube-type)으로 된 시험관을 이용하여 수평으로 놓인 물-공기의 층류계 (a horizontal airwater stratified system)를 만들어 일련의 액체막 두께 측정 실험을 수행하였다. 시험관의 벽 두께와 초음파 Pulse-echo 의 주파수를 변화시키면서 액체막 두께 측정을 반복하였다. 또한, 관벽의 acoustic impedance가 초음파 Pulse-echo 방법으로 액체막 두께를 측정할 때, 어떠한 영향을 주는가도 아울러 파악하기 위해서 스텐레스 강과 폴리아크릴 (Polyacrylate) 등 재질이 다른 두 개의 격리봉 (Standonff rod) 을 사용하여 액체막 두께를 측정하였다. 이렇게 하여 얻은 실험 결과를 제시하고 실제로 측정한 액체막 두께와 비교 분석하였다.