Narrow rectangular channels are employed in nuclear research reactors that use plate-type nuclear fuels, high heat-flux compact heat exchangers, and high-performance micro-electronics cooling systems. Two-phase flow in narrow rectangular channels is important, and it needs to be better understood because it is considerably different than that in round tubes. In this study, mechanistic models were developed for the flow regime transition criteria for various flow regimes in co-current air-water two-phase flow for vertical downward flow inside a narrow rectangular channel. The newly developed criteria were compared to a flow regime map of downward air-water two-phase flow inside a narrow rectangular channel with a 2.35-mm gap width under ambient temperature and pressure conditions. Overall, the proposed model showed good agreement with the experimental data.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.59-60
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2006
Some useful flow regime data are obtained from the experiments using the flight producing hyper-gravity(2g) conditions and on ground(1g) with the identical flow conditions. The flow regime data obtained at 1g and 2g conditions are compared with new dimensionless flow regime map using Fr, Bo and We number related with gravity, surface tension and inertia force.
A study of counter-current two-phase flow in narrow rectangular channels has been performed. Two-phase flow regimes were experimentally investigated in a 760mm long and 100mm wide test section with 2.0 and 5.0mm gap widths. The resulting flow regime maps were compared with the existing transition criteria. The experimental data and the transition criteria of the models showed relatively good agreement. However, the discrepancies between the experimental data and the model predictions of the flow regime transition become pronounced as the gap width increased. As the gap width increased the transition gas superficial velocities increased. The critical void fraction for the bubbly-to-slug transition was observed to be about 0.25. The two-phase distribution parameter for the slug flow was larger for the narrower channel. The uncertainties in the distribution parameter could lead to a disagreement in slug-to-churn transition between the experimental findings and the transition criteria. For the transition from churn to annular flow the effect of liquid superficial velocity was found to be insignificant.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.17
no.5
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pp.590-597
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1988
Characteristics of flow regime transitions in inclined upwards gas-liquid two-phase flow have been investigated based upon a statistical analysis of instantaneous pressure drop curves through an orifice. The probability density functions of the curves indicate distinct patterns depending upon two-phase flow regime, which are very similar to those of horizontal two-phase. The dimensionless intensity of fluctuations of the pressure drops sharply change as the flow transitions such as plug-slug, pseudo slug-slug and annular-slug take place. The effects of inclination angle on the flow regime transitions have been also investigated. The results show that the method to identify the flow pattern based upon the statistical analysis of instantaneous pressure drops is suitable for inclined flow as well as horizontal flow.
Counter-current two-phase flows of air- water in narrow rectangular channels with offset strip fins have been experimentally investigated in a 760 mm long and 100 mm wide test section with 3.0 and 5.0 mm gap widths. The two-phase flow regime, channel-average void fractions and two-phase pressure gradients were studied. Flow regime transition occurred at lower superficial velocities of air than in the channels without fins. In the bubbly and slug flow regimes, elongated bubbles rose along the subchannel formed by fins without lateral movement. The critical void fraction for the bubbly-to-slug transition was about 0.14 for the 3 mm gap channel and 0.2 for the 5 mm gap channel. respectively. Channel-average void fractions in the channels with fins were almost the same as those in the channels without fins. Void fractions increased as the gap width increased, especially at high superficial velocity of air. The presence of fins enhanced the two-phase distribution parameter significantly in the slug flow, where the effect of gap width was almost negligible. Superficial velocity of air dominated the two-phase pressure gradients. Liquid superficial velocity and channel gap width has only a minor effect on the pressure gradients.
Nazemi, E.;Feghhi, S.A.H.;Roshani, G.H.;Gholipour Peyvandi, R.;Setayeshi, S.
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.1
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pp.64-71
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2016
Void fraction is an important parameter in the oil industry. This quantity is necessary for volume rate measurement in multiphase flows. In this study, the void fraction percentage was estimated precisely, independent of the flow regime in gas-liquid two-phase flows by using ${\gamma}-ray$ attenuation and a multilayer perceptron neural network. In all previous studies that implemented a multibeam ${\gamma}-ray$ attenuation technique to determine void fraction independent of the flow regime in two-phase flows, three or more detectors were used while in this study just two NaI detectors were used. Using fewer detectors is of advantage in industrial nuclear gauges because of reduced expense and improved simplicity. In this work, an artificial neural network is also implemented to predict the void fraction percentage independent of the flow regime. To do this, a multilayer perceptron neural network is used for developing the artificial neural network model in MATLAB. The required data for training and testing the network in three different regimes (annular, stratified, and bubbly) were obtained using an experimental setup. Using the technique developed in this work, void fraction percentages were predicted with mean relative error of <1.4%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.8
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pp.1038-1045
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2000
An experimental study was carried out to delineate the flow characteristics in a closed countescurrent two-phase thermo syphon with concentric tubes. This is to be installed in the HANARO research reactor as a part of a Cold Neutron Source(CNS). In the present investigation, experiments ata room temperature with Freon-II3 as a moderator were performed. Results show that, based on the magnitude of pressure fluctuation, the flow regimes could be divided into 4 distinct ones in the ($V_f,\;Q_i$) plane, where $V_f$ represents the volume of the charged liquid and $Q_i$ the heat load: a stable flow regime, an oscillatory flow regime, a restablized flow regime and a dryout flow regime. For $V_f$>2.5l, the flow is stable at low $Q_i$. However, as $Q_i$ increases, the flow becomes oscillatory and finally restablizes As $V_f$ increases, the oscillation amplitude decreases, reaching to the restablized flow region at low $Q_i$, and the liquid level in the moderator cell remains high. In the oscillatory flow regimes, for a fixed VI; the oscillating period of time varies with $Q_i$, having a minimum value at a certain value of $Q_i$. The heat load, where the oscillating period of time is minimum, decreases as $V_f$ increases.
Lee, Ba-Ro;Jang, Young-Jun;Ko, Min-Seok;Lee, Bo-An;Lee, Yeon-Gun;Kim, Sin
Journal of Energy Engineering
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v.22
no.4
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pp.362-369
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2013
Two-phase flow is frequently observed in many industries such as nuclear power plants and oil transportation. Two-phase flow regime depends on the flow rates, the fluid properties and the structure of flow channels. Since the identification of the flow regime is of great importance in the system design and the safety analysis, a number of theoretical and experimental investigations have been performed. This paper presents a basic research on the characteristics of each flow regime and transition boundary in the two-phase flows. The flow regime of the upward air-water flow in the vertical tube, 30 mm in the inner diameter, is distinguished by using the high-speed camera and the Wire-mesh sensor(WMS). The identified experimental data are compared with the flow regime maps proposed by Taitel et al, Mishima and Ishii. Even though there is slight difference in the transition boundary, the experimental data show general agreement with these flow regime maps.
A study of counter-current two-phase flow in narrow rectangular channels has been performed. Two-phase flow regimes were experimentally studied in 760 mm long and 100 mm wide test sections with 2.0 and 3.0mm gaps. The resulting data have been compared to previous transition models. For the transition from bubbly to slug flow the superficial velocity of gas increased as the gap width increased. The comparison of experimental data to the transition model developed by Taitel and Barnea showed relatively good agreement for the bubbly-to-slug transition in the case of 2mm gap width. For the criteria of Mishima and Ishii to be applicable to the slug-to-churn transition the distribution parameter should be well defined for narrow channels. Even though the gap width of narrow channels increased the superficial gas velocity did not change for the transition form chum to annular flow regime. For the chum-to-annular transition the model of Taitel and Barnea showed discrepancies with experimental data, especially in the channel with larger gap.
This paper aims at presenting the state of the art, the recent progress, and the perspective for the future, in the modelling of two-phase flow in the horizontal legs of a PWR. All phenomena relevant for safety analysis are listed first. The selection of the modelling approach for system codes is then discussed, including the number of fluids or fields, the space and time resolution, and the use of flow regime maps. The classical two-fluid six-equation one-pressure model as it is implemented in the CATHARE code is then presented and its properties are described. It is shown that the axial effects of gravity forces may be correctly taken into account even in the case of change of the cross section area or of the pipe orientation. It is also shown that it can predict both fluvial and torrential flow with a possible hydraulic jump. Since phase stratification plays a dominant role, the Kelvin-Helmholtz instability and the stability of bubbly flow regime are discussed. A transition criterion based on a stability analysis of shallow water waves may be used to predict the Kelvin-Helmholtz instability. Recent experimental data obtained in the METERO test facility are analysed to model the transition from a bubbly to stratified flow regime. Finally, perspectives for further improvement of the modelling are drawn including dynamic modelling of turbulence and interfacial area and multi-field models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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