수평 덕트 내 임계점부근의 유체 유동 및 열전달특성은 중력과 함께 임계영역에서의 열역학 및 전달 물성치의 많은 변화와 직접적으로 연관되어 있다. 본 연구에서는 수평 직사각 덕트 내 임계점부근의 물에 대한 대류열전달특성을 전산해석을 통하여 분석하였다. 이를 통해 국부적인 열전달계수와 유속, 온도, 그리고 물성치분포를 포함한 대류열전달특성에 대해 임계점 근접효과와 함께 비교하였다. 벽으로부터의 열전달에 따른 유체 밀도감소로 덕트 내 유동방향으로의 유속증가와 함께 유체가 액체에서 기체 같은 상태로 천이하는 형태의 유동장특성을 보여준다. 덕트의 윗면, 옆면, 그리고 아래면 각각의 국부적인 열전달계수분포에 큰 차이가 있으며 준임계점 온도부근에서 난류전달특성의 향상으로 열전달계수의 최대치에 이르게 된다. Nu 수는 덕트 내 압력과 종횡비에 영향을 받으며 임계압에 가까워질수록 최대 Nu 수는 급격히 증가하게 된다. 이와 함께 기존의 열전달상관식을 통한 결과와 예측된 Nu 수 분포를 비교하였다.
한국원자력연구소에서는 최고 16MPa애서 운전할 수 있는 RCS 열수력 Loop를 저작하고 CHF 측정실험을 수행하고 있다. 본 연구에서는 저유량조건에서 압력이 CHF에 미치는 영향을 조사하기 위해 압력 12MPa, 질량유속 300~550kg/$m^2$.s, Test Section입구 과냉도 210 kJ/kg의 범위에서 CHF 실험을 수행하였다. 본 실험조건에서 CHF는 환상류영역에서 발생하였으며 발생기구는 Entrainment-Limited CHF가 지배적이었다. Doerffer의 CHF 상관식은 저압에서 예측능력이 현저하게 떨어지나 고압조건에서는 실험자료를 잘 예측하였다. Bowring의 상관식은 고압 및 저압에서도 양호한 예측능력을 보여주었다.
한국원자력연구소에서는 광범위한 열유동조건에서 CHF 실험을 수행하기 위해 고온, 고압으로 운전할 수 있는 RCS 열수력 Loop를 제작하고 기초 실험자료를 얻기 위해 환상 유로에서 CHF 측정실험을 수행하였다. 실험은 압력 1.82Mpa, 질량유속 300~566kg/$m^2$.s Test Section입구 Subcooling 18$^{\circ}C$ 및 47$^{\circ}C$의 범위에서 수행되었다. CHF 실험자료와 Doerffer의 CHF 상관식을 비교한 결과 상관식은 실험치 보다 최고 160% 크게 예측하였고 Doerffer 상관식은 저유량 영역에서 적용이 어려워질 것으로 예상되었다. 따라서 저유량 영역의 체계적인 CHF 실험자료가 필요하다.
원관 열교환기보다 납작관 열교환기를 사용하면 전열성능을 한층 향상시킬 수 있다. 납작관 열교환기를 적절히 설계하기 위해서는 관 내측 열전달계수를 알아야 한다. 본 실험에서는 수력직경 1.41mm인 알루미늄 납작관 내 R-410A 대류 비등 열전달계수를 구하였다. 실험범위는 질량유속 $200{\sim}600kg/m^2s$, 열유속 $5{\sim}15kg/m^2$, 포화온도 $5{\sim}15^{\circ}C$이다. 실험 결과 열전달계수는 임계 건도를 기점으로 감소함을 보였다. 임계 건도는 열유속이 증가할수록 감소하고, 질량유속이 감소할수록 감소하였다. 이는 높은 열유속 또는 낮은 질량유속에서 대류의 영향이 작게 되고 따라서 조기에 dryout이 발생되기 때문에 나타나는 현상으로 판단된다. 열전달계수는 질량유속이 증가할수록 증가하였다. 그러나 낮은 건도에서는 질량유속의 영향은 미미하였다. 열전달계수는 포화온도가 증가할수록 증가하였다. 하지만 이런 경향은 열유속이 작아지면 감소하였다. Shah와 Kaew-On et al. 상관식은 본 실험자료를 적절히 예측하였다.
It has been well known that pool boiling CHF in nanofluids compared to pure water significantly increase due to the deposition of nanoparticles on heater surface. This study concerns the characteristics of the nanoparticle deposition layer and its influence on CHF. Pool boiling experiments were carried out with 0.01vol.% water-$TiO_2$ nanofluids to obtain various nanoparticle-deposited heaters. CHF on the prepared heaters was measured during pool boiling in pure water. The heater surfaces were visualized using scanning electron microscope (SEM) and also characterized using contact angle and capillarity. The results showed that the CHF enhancement in nanofluids was completely dependent upon the structural and physicochemical characteristics of the nanoparticle deposition layer.
The critical heat flux of spray cooling were measured on the test surface of 10 mm diameter made by stainless steel. The experiments were carried out for the droplet-flow-rate of $0.00002{\sim}0.003m^3/(m^2s)$ and liquid subcooling temperature of $40{\sim}75^{\circ}C$. Experimental results showed that the critical heat flux of spray cooling increased remarkably with the increase of droplet-flow-rate. Meanwhile, the effect of liquid subcooling on critical heat flux of spray cooling appeared weakly under the present experimental conditions. In additions, correlation between the dimensionless critical heat flux and Weber number based on droplet-floe-rate was developed for experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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