• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.383.2-383.2
• /
• 2016

임계 열유속 현상은 열전달 시스템에서 가열조건이나 유동조건이 변함에 따라 열전달 표면 부근의 유체상태가 액체에서 기체로 바뀌면서 열전달계수가 급격히 감소하는 현상을 말한다. 임계 열유속 발생 시 핵 비등 영역에서 순간적으로 막 비등 영역으로 넘어가면서 원전 시스템의 물리적 파괴를 일으킬 수 있게 된다. 따라서 임계 열유속 현상은 시스템 설계 및 안전해석 뿐만 아니라, 열교환 및 냉각 장치 설계에서 중요하게 고려되고 있다. 특히, 비등 열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하게 된다. 따라서 원전 시스템을 보호하면서 성능을 극대화시키기 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이며, 임계 열유속 향상을 위한 대안 중 하나로서 열적 특성이 우수한 나노유체를 열전달 시스템에 적용하여 임계 열유속 향상을 위한 연구가 지속되고 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체를 사용하여 각각 0.5 m/s, 1.0 m/s, 1.5 m/s의 유속에서 임계 열유속과 열전달 계수를 측정하였다. 그 결과 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 유속이 증가 할수록 임계 열유속이 증가하는 것을 확인 하였으며, 순수물과 비교하여 최대 62.64% 증가함을 확인하였다. 그리고 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 비등 열전달 계수 또한 유속이 증가 할수록 비등 열전달 계수가 증가하는 것을 확인하였며 최대 24.29% 증가함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.383.1-383.1
• /
• 2016

열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하기 때문에 비등 열전달에서 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 또는 안전성을 나타낸다. 따라서 열전달 시스템의 안정성을 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이다. 최근에는 나노유체를 열전달 시스템에 적용할 경우 임계 열유속이 증가한다고 보고되었다. 하지만 나노유체는 원전 및 각종 열전달 시스템에 적용 시 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 파울링 현상을 발생시킬 수 있으며, 이 때문에 시스템의 열효율이 크게 감소할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 열전달 시스템에 나노유체를 적용했을 때, 나노유체의 침착현상이 시스템에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 유속과 코팅시간이 증가할수록 산화처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있다. 하지만 나노입자 침착정도와 유속이 증가할수록 비등 열전달 표면과 유체의 포화온도의 차이인 과열도가 상당히 크게 증가함을 알 수 있었으며, 열전달 계수는 순수 물의 0 m/s의 비등 열전달 계수와 비교하면 감소하는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.382.2-382.2
• /
• 2016

현재 전 세계적으로 에너지 소비가 급격히 증가하고 있다. 하지만 급격한 에너지 소비에 따른 자원 및 에너지 공급의 불확실성은 점점 높아지고 있다. 특히, 우리나라는 공급 에너지의 96.4%를 해외 수입에 의존하고 있기 때문에 에너지 안보에 매우 취약한 구조를 갖고 있다. 그리고 열전달 시스템에서 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계를 나타낸다. 따라서 임계 열유속의 향상은 열전달 시스템의 안전성의 향상을 위한 필수적인 요소이다. 이에 따라 다양한 산업에서 열전달 시스템을 통하여 막대한 양의 에너지가 소비됨에 따라 우수한 열전달 특성을 가진 나노유체를 사용하여 열전달 시스템의 효율 및 안정성을 높이고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 유동 비등에서 그래핀 나노 유체 사용에 따른 열전달 특성을 분석하였다. 유동 비등에서 0.01 vol%의 산화 처리된 그래핀 나노유체를 사용하였을 경우 유속이 증가함에 따라 임계 열유속은 증가하였으며 유속이 증가함에 따라 비등 열전달 계수도 증가함을 확인하였다. 그리고 임계 열유속은 순수 물보다 최대 66.32% 증가하였으며, 비등 열전달 계수는 풀비등에서 보다 최대 28.14% 증가함을 확인하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.38 no.7
• /
• pp.619-624
• /
• 2014

The critical heat flux (CHF) on a heat transfer surface with nanostructures is known to be significantly better than that on flat surfaces. Several physical mechanisms have been proposed to explain this phenomenon. However, almost all studies conducted so far have been qualitative, and a generalized theory has not yet been established. In this study, we developed a quantitative mechanism for CHF enhancement on a surface with nanostructures, based on vapor recoil and surface adhesion forces. We focused on the increase in the length of the triple contact line owing to the formation of nanostructures and the adhesion force between them and the liquid.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.382.1-382.1
• /
• 2016

비등 열전달 시스템은 각종 발전 시스템, 열교환기, 냉방 및 냉동 시스템과 같이 다양한 산업에서 이용되며 매우 중요시 되고 있다. 또한 비등 열전달 시스템에서의 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 및 안정성을 나타내는 중요한 인자이다. 따라서 비등 열전달 시스템의 성능을 높이기 위해 임계 열유속을 향상시키려는 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 최근에는 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 임계 열유속을 크게 향상 시킬 수 있다고 보고되었다. 하지만 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 현상을 유발하며 열전달 시스템의 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 그래핀 나노유체의 파울링 현상에 따른 열적 특성을 분석해 보았다. 그 결과 산화 처리된 그래핀 나노 파울링은 유속과 파울링을 위한 코팅시간이 증가할수록 산화 처리된 그래핀 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만 임계 열유속은 증가하나 비등 열전달 표면의 온도가 크게 증가하고 있음을 확인하였다. 그리고 열전달 계수는 유동이 없는 순수 물 비등 열전달 계수와 비교하여 감소하는 것으로 나타났다.

• Journal of Energy Engineering
• /
• v.25 no.1
• /
• pp.153-162
• /
• 2016

Experimental investigation was carried out on the CHF(Critical Heat Flux) under downward flow condition in narrow rectangular channels simulating subchannel of plate-type-fuel for JRTR(Jordan Research and Training Reactor). The experiments covers the license requirement of the research reactor. Two test sections used in this study simulate full scale subchannels for fission moly uranium target and plate-type-fuel, respectively. From the experimental results, the parameters affecting on the CHF are investigated. By using experimental data, the existing CHF prediction models were evaluated. Finally, the applicability of correlations were analysed to predict CHF in the narrow rectangular channel under the downward flow condition.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.39 no.12
• /
• pp.953-963
• /
• 2015

There is an increasing need to understand the thermal-hydraulic phenomena, including the critical heat flux (CHF), in narrow rectangular channels and consider these in system design. The CHF mechanism under a saturated flow boiling condition involves the depletion of the liquid film of an annular flow. To predict this type of CHF, the previous representative liquid film dryout models (LFD models) were studied, and their shortcomings were reviewed, including the assumption that void fraction or quality is constant at the boundary condition for the onset of annular flow (OAF). A new LFD model was proposed based on the recent constitutive correlations for the droplet deposition rate and entrainment rate. In addition, this LFD model was applied to predict the CHF in vertical narrow rectangular channels that were uniformly heated. The predicted CHF showed good agreement with 284 pieces of experimental data, with a mean absolute error of 18. 1 % and root mean square error of 22.9 %.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
• /
• 1997.10a
• /
• pp.675-680
• /
• 1997

반구형 간극에서 히터 출력이 임계열유속(CHF)에 이르렀을 때 히터표면의 온도 변화와 CHF 값을 측정하였다. 반구형 히터의 직경은 498mm 이고 간극은 1, 2mm 에서 실험을 수행하였다. 히터표면의 온도는 항상 간극상단의 특정 부분에서부터 증가하기 시작하였다. 즉, 이곳에서 국부적인 dryout이 발생한 것으로 판단된다. 히터의 열속이 증가함에 따라 dryout 부분은 원주방향과 아래방향으로 확장되었다. 한편 임계열유속보다 작은 열속에서는 dryout 영역이 변하지 않는 정상상태가 존재하였으나 임계열유속에서는 열속이 고정되어 있어도 dryout 영역이 스스로 확장되어 나갔다. 이 실험은 계속 진행중이며 현재까지 측정된 CHF 값을 제시하였다. CHF 값은 간극을 대상으로 개발된 기존의 실험식보다 낮게 측정되었다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• v.26 no.4
• /
• pp.493-501
• /
• 1994

An experimental study has been peformed on the pool-boiling critical heat flux (CHF) phenomenon on downward -facing plates. The CHF for inclinations of -90$^{\circ}$(horizontally downward position), -88$^{\circ}$, -86$^{\circ}$, -84$^{\circ}$, -60$^{\circ}$ and -40$^{\circ}$ were measured using plate-type test sections of 20mm 200mm and 25mm 200mm in a pool of saturated water under atmospheric pressure. The measured CHF was lower for the wider test section and decreased as its orientation approached to the horizontally downward position. The lower CHF can be attributable to the increased difficulty for the bubbles in escaping from the heater surface. When compared with the previous works, the overall trends were similar; however, a transition angle, at which the decrease rate in the CHF was changed, was observed in the vicinity of -80$^{\circ}$.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• v.29 no.6
• /
• pp.49-59
• /
• 1997

본 기술 보고는 임계 열유속(Critical Heat Flux; CHF)을 예측하기 위해 사용되고 있는 상관식의 형태와 적용 방법, 이에 따른 예측 오차와 여유도의 변화 등을 종합적으로 분석한다. CHF 현상에 대해서는 지난 반 세기 동안 발생 메커니즘, 예측 모델, 설계에의 적용 방법 등에 대한 연구가 광범위하게 수행되어 대부분의 운전 조건에 대해 신뢰할만한 예측 모델들이 확립되어 있다. 그러나 예측 모델의 이용에서 가장 중요한 기준이 되는 예측 오차의 의미가 잘못 이해되는 경우가 많으므로, 이 글에서는 예측 모델의 형태 및 적용 방법에 따라 예측 오차가 달라지는 원인을 명확하게 해석하고, 실제 계산을 통하여 예시하였다. 그리고 상관식 형태 및 이용 방법에 따라 임계 열유속비(Critical Heat Flux Ratio: CHFR)와 임계 출력비(Critical Power Ratio; CPR)가 어떠한 관계를 갖는가를 논의하였다.