수직관내 미포화수의 강제대류 천이비등에 대한 역학적 모델

A Mechanistic Model for Forced Convective Transition Boiling of Subcooled Water in Vertical Tubes

강제대류 천이비등 열유속을 보다 실제 적으로 예측하기 위한 역학적 모델을 개발하였다. 이 모델은 가열된 벽면 근처를 어떤 기포기둥(Vapor Blanket)이 통과할 때 일어나는 다단계 비등과정 즉, 임계 기포기둥의 형성, 기포기둥밑의 미소액막(Macrolayer)의 기화 및 고갈, 그리고 얇은 기체막에서 일어나는 불안정한 막비등과정에 기초하였다. 핵비등이탈점 (DNB )과 막비등이탈점 (DFB)사이의 천이비등 곡선상의 열유속은 임계 기포기둥이 주어진 벽면을 통과할 동안 상기한 각 비등과정의 지속 시간비(Time Fraction)를 각 비등열유속에 곱한 후 그것을 합하여 정량화하였다. 이 모델의 예측치를 현재까지 발표된 문헌들에 나타난 실험치와 비교한 결과, 본 모델은 저건도 및 10 bar 근처의 고압조건의 실험치를 잘예측하는 것으로 나타났다.

A mechanistic model for forced convective transition boiling has been developed to predict transition boiling heat flux realistically. This model is based on a postulated multi­stage boiling process occurring during the passage time of an elongated vapor blanket specified at a critical heat flux condition. Between the departure from nucleate boiling (DNB) and the departure from film boiling (DFB) points, the boiling heat transfer is established through three boiling stages, namely, the macrolayer evaporation and dryout governed by nucleate boiling in a thin liquid film and the unstable film boiling. The total heat transfer rate during the transition boiling is the sum of the heat transfer rates after the DNB weighted by the time fractions of each stage, which are defined as the ratio of each stage duration to the vapor blanket passage time. The model predictions are compared with some available experimental transition boiling data. From these comparisons, it can be seen that the transition boiling heat fluxes including the maximum heat flux and the minimum film boiling heat flux are nil predicted at low qualities/high pressures near 10 bar.