본 연구에서는 실험적 해석을 통하여 액체-액체계의 직접접촉 막비등열전달 특성을 최소막비등지점과 막비등열유속의 측면에서 해석하고자 한다. 이는 직접접촉 비등에 대한 효율적인 열전달의 온도영역이나 주어진 액체-액체 계의 조합에 대한 증 기폭발의 발생가능성의 예측에 활용될 수 있을 것이다.
In the present experimental study, the effect of water-based iron(III) oxide nanofluid on the MFB(Minimum Film Boiling) point during quenching was investigated. As the highly heated test specimen, the cylindrical stainless steel rod was used, and as the test fluids, the water-based iron(III) oxide nanofluids of 0.001 and 0.01 vol% concentrations were prepared with the pure water. To examine the effect of location in the test specimen, the thermocouples were installed at the bottom and middle of wall, and center in the test specimen. Through a series of experiments, the experimental data about the influences of nanofluid concentrations, the number of repeated experiments, and locations in the test specimen on the reaching time to MFB point, MFBT(Minimum Film Boiling Temperature), and MHF(Minimum Heat Flux) were obtained. As a result, with increasing the concentration of nanofluid and the number of repeated experiments, the reaching time to MFB point was reduced, but the MFBT and MHF were increased. In addition, it was found that the effect of water-based iron(III) oxide nanofluid on the MFB point at the bottom of wall in the test specimen was observed to be greater than that at the middle of wall and center. In the present experimental ranges, as compared with the pure water, the water-based iron(III) oxide nanofluid showed that the maximum reduction of reaching time to MFB point was about 53.6%, and the maximum enhancements of MFBT and MHF were about 31.1% and 73.4%, respectively.
Experimental measurements of the heat flux to a upward impinging water jet on high heated test surface were obtained in the transition and film boiling regimes. Test variables were nozzle outlet velocity, subcooled water temperature and height of supplementary water. Boiling curve of this investigation is similar to a pool boiling curve, but it has one or two cap-shaped peaks in the transition regime. In the film boiling regime, the heat transfer rates are increased along with the increment of nozzle outlet velocity and subcooled temperature. There is optimum height of supplementary water for the augmentation of heat transfer Generalized correlations of boiling heat transfer are presented for maximum heat flux, minimum heat flux and $q_c$ at each supplementary height.
Two-phase flow and heat transfer characteristics during the reflood phase of a single heated rod in the KHU reflood experimental facility were examined. Two-phase flow behavior during the reflooding experiment was carefully visualized along with transient temperature measurement at a point inside the heated rod. By numerically solving one-dimensional inverse heat conduction equation using the measured temperature data, time-resolved wall heat flux and temperature histories at the interface of the heated rod and coolant were obtained. Once water coolant was injected into the test section from the bottom to reflood the heated rod of >700℃, vast vapor bubbles and droplets were generated near the reflood front and dispersed flow film boiling consisted of continuous vapor flow and tiny liquid droplets appeared in the upper part. Following the dispersed flow film boiling, inverted annular/slug/churn flow film boiling regimes were sequentially observed and the wall temperature gradually decreased. When so-called minimum film boiling temperature reached, the stable vapor film between the heated rod and coolant was suddenly collapsed, resulting in the quenching transition from film boiling into nucleate boiling. The moving speed of the quench front measured in the present study showed a good agreement with prediction by a correlation in literature. The obtained results revealed that typical two-phase flow and heat transfer behaviors during the reflood phase of overheated fuel rods in light water nuclear reactors are well reproduced in the KHU facility. Thus, the verified reflood experimental facility can be used to explore the effects of other affecting parameters, such as CRUD, on the reflood heat transfer behaviors in practical nuclear reactors.
다양한 온도 조건의 계면활성제 수용액 내에서 급속 냉각되는 고온 수직 금속봉의 최소막비등점에 대한 실험을 수행하였다. 액체로는 Triton X-100 수용액(100 wppm)과 순수(pure water)를 이용하였고, 액체의 온도는 $77^{\circ}C{\sim}100^{\circ}C$ 영역이었다. 고체 시편으로는 시편 중심의 초기 온도가 $500^{\circ}C$인 스테인레스 스틸(stainless steel) 수직봉을 이용하였다. Triton X-100 수용액과 순수에서, 액체의 온도가 감소함에 따라 최소막비등점의 도달시간은 감소하였고, 온도 및 열유속은 증가하였다. 한편, 본 실험 온도 영역에서, Triton X-100 수용액의 경우가 순수의 경우보다 최소막비등점의 도달시간은 길었고, 온도 및 열유속은 감소하는 경향을 나타냈다. 본 실험데이터를 토대로 고온 수직 금속봉에 대해서 Triton X-100 수용액과 순수에서의 최소막비등 온도에 대한 실험식을 제안하였다.
The minimum heat flux conditions are experimentally investigated for the subcooled liquid film flow on the horizontal plate. The experimental results show that the minimum heat flux point temperature becomes higher with the increase of the velocity and the subcooling of the liquid film flow. However, the effect of distance from the leading edge of the heat transfer plate on the minimum heat flux is almost negligible. Also, the experimental results show that the propagation velocity of wetting front increase with increasing the velocity and the subcooling of the liquid film flow.
The minimum heat flux conditions are experimentally investigated for the subcooled liquid film flow on the horizontal plate. The experimental results show that the minimum heat flux point temperature becomes higher with the increase of the velocity and the subcooling of the liquid film flow. However, the effect of distance from the leading edge of the heat transfer plate on the minimum heat flux is almost negligible. Also, the experimental results show that the propagation velocity of wetting front increases with increasing the velocity and the subcooling of the liquid film flow.
In this study, the minimum heat flux conditions are experimentally investigated for the spray cooling of hot plate. The hot plates are cooled down from the initial temperature of about $900^{\circ}C$, and the local heat flux and surface temperatures are calculated from the measured temperature-time history. The results show that the minimum heat flux point temperatures increase linearly resulting from the propagation of wetting front with the increase of the distance from the stagnation point of spray flow. However, in the wall region, the minimum heat flux point temperature becomes independent of the distance. Also, the experimental results show that the velocity of wetting front increases with the increase of the droplet flow rate.
In this study, the minimum heat flux conditions are experimentally investigated for the spray cooling of hot plate. The hot plates are cooled down from the initial temperature of about$ 900^{\circ}C$, and the local heat flux and surface temperatures are calculated from the measured temperature-time history. The results show that the minimum heat flux point temperatures increase linearly resulting from the propagation of wetting front with the increase of the distance from the stagnation point of spray flow. However, in the wall region, the minimum heat flux point temperature becomes independent of the distance. Also, the velocity of wetting front increases with the increase of the droplet flow rate.
폴리머 수용액의 증기폭발 억제 효과에 대한 물리적 현상을 이해하기 위해 폴리에틸렌옥사이드 수용액에서의 풀비등 특성을 실험적으로 관찰하였다. 본 실험에서는 22.2mm와 9.5mm 직경의 두 구형 체를 가열하여 여러가지 농도의 3$0^{\circ}C$ 수용액에서 냉각시켰다. 그 결과, 순수한 물에서는 7$0^{\circ}C$ 이상인 최소막비등온도($\Delta$$T_{MFB}$)가 300ppm농도의 폴리머 수용액에서 22.2mm구의 경우 15$0^{\circ}C$ 까지, 9.5mm구의 경우 35$0^{\circ}C$까지 낮아짐을 알 수 있었다. 이러한 폴리머 수용액에서 최소막비등온도가 크게 낮아지는 현상은 이 수용액에서 중기폭발이 억제되는 이유로 해석될 수 있다. 또한, 외부 압력파의 막비등에 대한 영향을 관찰한 결과, 수용액의 농도가 클수록 증기막의 안정도가 커짐을 알 수 있었다. 이러한 폴리머 수용액에서의 비등 특성과 증기폭발 억제에 대한 실험 결과들은 원자로 비상냉각수에 폴리에틸렌옥사이드와 같은 폴리머를 최소 300ppm 정도 소량 첨가하는 방법으로 중대사고시 폭발적 FCI 반응을 방지 또는 완화할 수 있음을 제시한다.다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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