단면 가시화를 이용한 물-공기이상 수직 상향유동 영역판별

Abstract

이상 유동은 원자력 발전소 내 노심 그리고 증기 발생기, 석유 수송등과 같은 많은 산업 분야에서 흔히 관찰된다. 두 상의 속도나 성질 등에 차이가 있는 경우 유로의 형상에 따라 다양한 유동 구조가 형성되는데, 빈번히 관찰되는 대표적인 유동 구조를 유동 양식(flow pattern) 또는 유동 영역(flow regime)이라 한다. 유 동 영역의 판별은 시스템 설계 및 안전 해석에 있어 중요하기 때문에 많은 이론 및 실험 연구들이 수행되었다. 본 연구는 30 mm의 내경을 갖는 수직관 수직 상 향류의 유동 양식을 판별하여 적합한 유동 양식 선도를 작성하고자 한다. 이를 위해, 이론적 배경을 연구하고 실험 설비를 이용한 실험을 수행하였다. 이론적 배경으로는 기존의 유동 양식 선도를 제안한 문헌인 Taitel과 Mishima의 유동 영역 선도를 이용하였다. 실험에서는 축 방향 가시화를 위해 고속 카메라를 사용 하였고, 단면 방향을 가시화를 위해 Wire-mesh sensor를 이용하였다. 실험 결과 는 이론 모델과 천이 경계 근처에서 약간의 불일치에도 불구하고, 전반적으로 잘 일치함을 알 수 있다.

Two-phase flow is often observed in various engineering fields such as the core and the steam generator of the nuclear power plant, petroleum transport. In the case that there are differences in velocities and properties of two phases, various flow structures occur according to channel configurations. The flow structures which are frequently observed are called flow patterns or flow regimes. Since the flow regime identification has very important roles in system designs and safety analyses, a number of theoretical and experimental researches have been performed. This study has been motivated to draw an appropriate flow regime map by identifying flow patterns in a vertical upward pipe with 30 mm. For this, theoretical backgrounds have been studied and experiments have been performed. As theoretical backgrounds, flow regime models by Taitel et al. and by Mishima and Ishii have been adopted. In experiments, a high-speed camera and a wire-mesh sensor have been employed for axial and cross-sectional visualizations, respectively. On the whole, experimental observations well match theoretical models despite some mismatches near the transition boundaries.