Experimental Study on Characteristics of Steam Condensation in a Sub-cooled Water Pool

과냉각수조에서 증기응축 특성에 관한 실험적 연구

Experimental study on characteristics of direct contact condensation of steam discharged into a sub-cooled water pool has been performed using five different sizes of horizontal nozzle over a wide range of steam mass fluxes and pool temperatures. Steam condensation phenomena have been observed visually and by taking pictures of steam jets using a high speed video camera. Two different steam jet shapes such as ellipsoidal shape and conical shape were typically observed for a stable steam jet, depending on the steam mass flux and pool temperature. The steam jet expansion ratio and the steam jet length as well as the condensation heat transfer coefficients were determined. The effect of steam mass flux, pool temperature, and nozzle diameter on these parameters were also discussed. Empirical correlations for the steam jet lengths and the condensation heat transfer coefficients as a function of steam mass flux and condensation driving potential were established. The axial and radial temperature distributions in steam jet and in surrounding water were measured. The effect of steam mass flux, pool temperature, and nozzle diameter were also discussed. The condensation regime map, which consists of six regimes such as chugging, transient chugging, condensation oscillation, stable condensation, bubble condensation oscillation, and intermittent oscillation condensation, were established. In addition, the dynamic pressures at the pool wall were measured. The close relation of dynamic pressure and steam condensation mode, which is also dependent on steam mass flux and pool temperature, was found.

과냉각수조로 분사되는 증기의 직접접촉 응축특성을 알아보기 위하여 다섯 개의 수평 노즐에 대해 증기 질량유량과 수조 온도를 여러 가지로 변화시키면서 실험적 연구를 수행하였다. 증기응축현상을 육안관찰과 고속 비디오 카메라를 사용한 방법으로 분석한 결과, 안정된 증기제트인 경우 증기 질량속과 수조온도가 변화함에 따라 타원형 및 원추형 증기제트 형상이 나타나는 것을 관찰하였다. 증기제트 팽창비, 증기제트 길이 및 응축연전달계수를 구하였고, 증기 질량속, 수조온도 및 노즐 내경이 미치는 영향을 분석하였다. 증기제트 길이와 응축열전달계수를 증기 질량속 및 응축추진 포텐셜의 함수로 나타낸 상관식을 구하였다. 증기제트 내부와 주위 수조온도 분포를 구했으며 증기 질량속, 수조온도 및 노즐 내경이 미치는 영향을 분석하였다. 처깅, 천이처깅, 응축진동, 안정응축, 방울응축진동 및 간헐진동응축 등 여섯 가지 영역으로 구분된 응축 영역도를 작성하였다. 그 외, 수조 벽면에서의 동압을 측정하였고, 증기 질량속과 수조온도에 따라 변화하는 증기 응축모드와 동압과는 밀접한 연관성이 있음을 확인하였다.