In this study, a new model for calculating the liquid film thickness and condensation heat transfer coefficient in a vertical condenser tube is proposed by considering the effects of gravity, liquid viscosity, and vapor flow in the core region of the flow. In order to introduce the radial velocity profile in the liquid film, the liquid film flow was regarded to be in Couette flow dragged by the interfacial velocity at the liquid-vapor interface. For the calculation of the interfacial velocity, an empirical power-law velocity profile had been introduced. The resulting liquid film thickness and heat transfer coefficient obtained from the proposed model were compared with the experimental data from other experimental study and the results obtained from the other condensation models. In conclusion, the proposed model physically explained the liquid film thinning effect by the vapor shear flow and predicted the condensation heat transfer coefficient from experiments reasonably well.
Kim, Yeon-Sik;Chung, Moon-Ki;Park, Jee-Won;Chun, Moon-Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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제29권1호
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pp.45-57
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1997
The direct contact condensation phenomenon, which occurs when steam is injected into the subcooled water, has been experimentally investigated. Two plume shapes in the stable condensation regime are found to be conical and ellipsoidal shapes depending on the steam mass flux and the liquid subcooling. Divergent plumes, however, are found when the subcooling is relatively small. The measured expansion ratio of the maximum plume diameter to the injector inner diameter ranges from 1.0 to 2.3. By means of fitting a large amount of measured data, an empirical correlation is obtained to predict the steam plume length as a function of a dimensionless steam mass flux and a driving potential for the condensation process. The average heat transfer coefficient of direct contact condensation has been found to be in the range 1.0~3.5 ㎿/$m^2$.$^{\circ}C$. Present results show that the magnitude of the average condensation heat transfer coefficient depends mainly on the steam mass fin By using dynamic pressure measurements and visual observations, six regimes of direct contact condensation have been identified on a condensation regime map, which are chugging, transition region from chugging to condensation oscillation, condensation oscillation, bubbling condensation oscillation, stable condensation, and interfacial oscillation condensation. The regime boundaries are quite clearly distinguishable except the boundaries of bubbling condensation oscillation and interfacial oscillation condensation.
An interfacial condensation heat transfer phenomenon in a steam/water countercurrent stratified flow in a nearly horizontal pipe has been experimentally investigated. The present study has been focused on the measurement of the temperature and velocity distributions within the water layer. In particular, the water layer thickness used in the present work is large enough so that the turbulent mixing is limited and the thermal stratification is established. As a result, the thermal resistance of the water layer to the condensation heat transfer is increased significantly. An empirical correlation of the interfacial condensation heat transfer has been developed. The present correlation agrees with the data within $\pm$15%
An experimental study of steam condensation on a subcooled thick water layer (0.018 ~0.032 m) in a countercurrent stratified flow has been performed using a nearly horizontal circular pipe. A total of 103 average interfacial condensation heat transfer coefficients were obtained and parametric effects of steam and water flow rates and the degree of subcooling on condensation heat transfer were examined. The measured local temperature and velocity distributions in the thick water layer revealed that there was a thermal stratification due to the lack of full turbulent thermal mixing in the lower region of the water layer Two empirical Nusselt number correlations, one in terms of average steam and water Reynolds numbers, and the water Prandtl number, and the other in terms of the Jakob number in place of the Prandtl number, which agree with most of the data within $\pm$ 25%, were developed based on the bulk flow properties. Comparisons of the present data with existing correlations showed that the present data were significantly lower than the values predicted by existing correlations.
Laminar film condensation of a saturated vapor in forced flow over a flat plate is analyzed by using integral method. Laminar condensate film is so thin that the inertia and thermal convection terms in liquid flow can be neglected. Approximate solutions for water are presented and well agreed with the similarity solutions over the wide range of physical parameter, Cp1(Ts-Tw)/Pr.hfg. For the strong condensation case, it is found that magnitude of the interfacial shear stress at the liquid-vapor interphase boundary is approximately equal to the momentum transferred by condensation, i.e., ${\tau}_i{\simeq}\dot{m}(U_O-U_i)$.
The problem of conjugate laminar film condensation of the pure saturated vapor in forced flow over a flat plate has been investigated as boundary layer solutions. A simple and efficient numerical method is proposed for its solution. The interfacial temperature is obtained as a root of 3rd order polynomial for laminar film condensation, and it is presented as a function of the conjugate parameter. The momentum and energy balance equations are reduced to a nonlinear system of ordinary differential equations with four parameters: the Prandtl number, Pr, Jacob number, $Ja^{\ast}$, defined by an overall temperature difference, a property ratio R and the conjugate parameter ${\zeta}$. The approximate solutions thus obtained reveal the effects of the conjugate parameter.
동방향 성층이상유동에서의 직접적촉 응축현상을 일차원 모델인 RELAP5/MOD2와 /MOD3를 이용하여 해석하였으며, 해석결과를 Northwestern의 실험결과와 비교·검토하였다. 해석결과 RELAP5의 공유열전달 모델은 동방향 성층이상유동에서 응축율을 비교적 잘 예측하고 있다. 그러나 공유접촉면에 파형이 생기는 경우는 물경계두께 및 국부 열전달계수는 유사한 범위로 일치할분 현상을 예측하는데 상당한 차이가 있다.
Laminar film condensation of saturated vapor in forced flow over a flat plate is analysed. The problem is formulated as exact boundary-layer solution and integral approximate solution. From numerical solutions of the governing equations, it is found that the energy transfer by convection and the effect of inertia term in the momentum equation in negligibly small for low pressure but quite important for high pressure. The condensate rate, liquid-vapor interfacial shear stress and local heat transfer are strongly dependent on the reduced pressure $P_r$ and the modified Jacob number Ja/Pr.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제29권5호
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pp.509-518
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2005
Liquid film thickness in laminar film condensation for flow over a flat plate generally is so thin that both fluid acceleration and thermal convection within the liquid film can be neglected. An integral solution method is proposed to solve the conjugate problems of laminar film condensation and heat conduction in a solid wall. It is found that approximate solutions of the governing equations involve four physical parameters to describe the conjugate heat transfer problem for laminar film condensation. It is shown that the effects of interfacial shear. mass transfer and local heat transfer are strongly dependent on the thermo-physical properties of the working fluids and the Jacob number.
The presence of a non-condensable gas can considerably reduce the level of condensation heat transfer. The non-condensable gas effect is a primary concern in some passive systems used in advanced design concepts, such as the Passive Residual Heat Removal System (PRHRS) of the System-integrated Modular Advanced ReacTor (SMART) and the Passive Containment Cooling System (PCCS) of the Simplified Boiling Water Reactor (SBWR). This study examined the capability of the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) code to predict condensation heat transfer in a vertical tube containing a non-condensable gas. Five experiments were simulated to evaluate the MARS code. The results of the simulations showed that the MARS code overestimated the condensation heat transfer coefficient compared to the experimental data. In particular, in small-diameter cases, the MARS predictions showed significant differences from the measured data, and the condensation heat transfer coefficient behavior along the tube did not match the experimental data. A new method for calculating condensation heat transfer coefficient was incorporated in MARS that considers the interfacial shear stress as well as flow condition determination criterion. The predictions were improved by using the new condensation model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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