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문제 정의
- 기존의 전열관은 열속이 증가함에 따라 가열면 표면의 기포가 지나치게 많아지면서 측면 촬영(축방향) 시 기포가 중첩되어 촬영되는 문제가 존재하였다(그림2). 따라서 본 연구에서는 수평관 표면 비등기포 연구에 필요한 단일 기포 생성을 위하여 FPCB 기반의 국부가열 특수 필름 히터를 제작하였다(그림3). 이 히터는 얇은 가열면을 가진 구조로, 히터 축 방향으로 추가적인 기포가 생성되지 않도록 하여 기포로 인한 가시화의 간섭을 배제하였다.
- 따라서 본 연구에서는 임의의 형상을 이용하여 단방향 측정 (mono-scopic visualization)과 양방향 측정 (stereoscopic visualization)을 비교하고 본 연구가 제시하는 3차원 재구성 기법의 정확도를 검증하였다. 그림 10은 단일 형상 정보를 활용하여 측정한 기포의 부피와 양방향의 정보를 활용한 입체의 부피를 실제 임의 형상(phantom)의 부피와 비교한 결과이다.
- 그러나 기존의 일반 전열관을 이용한 비등연구에서는 열속이 증가함에 따라서 전열관 표면에서 생성되는 다수의 기포로 인해 관과 평행한 방향에서의 관측이 방해되는 한계가 존재하였다. 따라서 본 연구에서는 정확한 기포 거동 관측을 위하여 연성회로기판 (FPCB, Flexible Printed Circuit Board) 기반의 특수 전열관을 제작하였다. 이 전열관은 얇은 가열폭을 가진 형태로, 기포에 대한 관 평행 방향에서의 관측을 방해하지 않도록 제작하였다.
- 제작한 히터 표면에서 발생한 기포를 전열관과 평행 및 수직인 두 방향에서 90도 각도로 동시에 촬영한 후, 디지털 영상처리를 통해 3차원으로 재구성하여, 기포 부피, 기포 주기, 이탈직경, 부상직경 등 비등열전달의 주요 변수를 도출하였다. 본 논문에서는 실험장치, 디지털영상처리를 통한 상분리 기법, 3차원 기포 재구성 기법 및 주요 변수 측정 결과를 소개한다.
- 본 연구에서는 다양한 열수력 조건에서 기포거동을 관측하기 위해 입구 압력, 입구 온도, 유속 제어가 가능한 실험 루프를 설계 및 제작하였다. 본 실험의 원형은 APR+가 채택하고 있는 피동보조급수계통의 열교환기로서, 열교환기 부근에서의 압력은 1~2기압, 열교환기 주변온도는 상온에서 약 2기압에 해당하는 포화온도를 포함한다(1).
- 본 연구에서는 활주기포를 고려한 비등열전달 모델 개선 연구의 일환으로 수평관 표면에서 발생하는 비등기포의 거동을 측정하는 연구를 수행하였다. 이를 통해 비등 열전달 모델에 사용되는 기포의 거동 관련 변수들인 기포 이탈, 기포 활주, 기포 부상 등에 대한 실험적 규명을 통해 수평전열관 비등 모델 개선에 필요한 실험 결과를 생산하였다.
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