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LSVF 혼합날개를 이용한 $6{\\times}6$ 연료봉 다발에서의 단상 국부적 열전달계수의 실험적 측정
Experimental measurements on Single-Phase Local heat transfer coefficients in $6{\\times}6$ rod bundles with LSVF mixing vanes 원문보기

대한설비공학회 2005년도 동계학술발표대회 논문집, 2005 Nov. 25, 2005년, pp.300 - 305  

배경근 (고려대학교 기계공학과 대학원) ,  최영돈 (고려대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present experimental study investigates single-phase heat transfer coefficients downstream of support grid in $6{\times}6$ rod bundles. Support grid with split mixing vanes enhance heat transfer in rod bundles by generating it make turbulence. But this turbulence is confined to short ...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 열전달 증가를 위한 이 관계에 결합된 메커니즘은 유로 면적의 변화와 경계층의 재발달과 회 신류이다. Park⑷은 CFD(computational fluid dynamics)를 이용하여 LSVF 혼합날개를 부착한 연료봉 다발에서의 열전달 성능을 해석하여 지지걱자에 split 혼합날개를 부착하였을 경우와 LSVF 혼합날개를 부착하였을 경우의 열전달 성능의 효과를 비교하였다. Armfield(5,6)등은 구리센서(copper sensor)를 이용하여 여러 가지 모양의 지지 격자와 split 흔합날개를 부착한 지지거자­ 사용하였을 겅우의 지지격자 하류에서의 열전달 성능을 측성, 비교하였다.
  • 88mm의 지름을 가지며 총길이 70mm이다. 구리의 총 길이 중 양쪽으로 15mm씩은 결합되는 부분이고 나머지 40mm부분은 열원으로 사용되는 카트리지히터(cartridge heater)가 정 중앙에 위치하고 있어 일정한 열유속의 열원으로 작용할 수 있도록 하였다. 또한 구리 표면의 온도를 측정하기 위하여 구리센서의 정중앙에 원주 방향으로 90도 간격으로 T형 열전대(thermocouple)를 설치하기 위하여 구리 부분에 2mm의 홈을 설치하였다.
  • 또한 구리 표면의 온도를 측정하기 위하여 구리센서의 정중앙에 원주 방향으로 90도 간격으로 T형 열전대(thermocouple)를 설치하기 위하여 구리 부분에 2mm의 홈을 설치하였다. 그리고 구리센서의 양쪽 끝으로 발생할 수 있는 열 손실을 최대한 줄이기 위하여 테프론으로 만든 마개를 이용하여 단열 처리하였고, 구리센서의 양쪽 끝에는 스테인레스(stainless steal) 봉이 결합될 수 있도록 하였다. 또한 카트리지히터가 구리의 정중앙에 위치할 수 있도록 하기 위하여 카트리지 히터의 비열 부분에 석면테이프를 감아서 정중앙에 위치하도록 하였으며 구리의 홈과 카트리지 히터의 사이는 써 멀그리스(thermal greese)를 이용하여 카트리지 히터에서 발생된 열의 구리 표면으로의 전도성을 높였고 밀봉될 수 있도록 하였다.
  • 1 (a)의 형상을지 닌 LSVFtLarge Scale Vortex Flow) 혼합날개를지지격자에 부착하였다. 그리고 지지격자에서 떨어진 거리에 따른 국부열전달 계수(Local heat transfer coefficient)를 측정하여 기존의 split 혼합날개가 사용되었을 때의 국부적 열전달 계수와 비교하였다.
  • 냉각수의 흐름 방향을 조절하고 혼합할 수 있도록 지지격자에 혼합날개를 부착하여 와류 (vortex)른 생성함으로써 발생되는 난류에 의해 열전달의 성능의 증가를 확인하기 위하여 기조에 사용되는 split 혼합날개를 사용하는 깅우와 split 혼합날개의 단점올 보완한 LSVF 혼합날개를 시지 격자에 부착하는 경우를 Re = 30, 000에서 실험하여 연전달 성능을 측정하였다. 지지걱자 하유에서 완전히 발달된 부분의 누셀트수를 측정하기 위하여혼합날개가 부착되지 않은, 즉 지지격자만을 사용하는 경우에 지지격자 하류에서의 위치에 따른 열전달계수를 측정하여 완전히 발달된 부분의 열진달계수의 값을 기준으로 하여, 열진달 성능 향상에 미치는 혼합날개의 영향을 알아 보기 위하여 Nu/NuD를 측정하였다.
  • 두 혼합날개에 의한 열전달 계수를 비교하기 위하여 구리센서 (copper sensor)를 이용하여 본연구에서는 냉각수의 온도와 연료봉의 표면 온도를 측정함으로써 이 냉각수의 온도와 연료봉 표면의 운도차, 즉 AT를 이용하여 열전달 계수를 측정하였다.
  • 첫 번째는 경계층의 재 발달과 지지격자에 의해서 변하는 유로의 단면적에 대한 관계이다. 두번째는날개른 부착한 지지격자의 하류의 열전달에 서 경 계층에 의 한 효과를 위 한 관계를 개발하였다. 열전달 증가를 위한 이 관계에 결합된 메커니즘은 유로 면적의 변화와 경계층의 재발달과 회 신류이다.
  • 왜냐하면 아무리 정확하게 만들어진 카트리지 히터라 하여도 저항이 조금씩은 틀리기 때문이다. 따라서 구리의 표면에 일정한 열유속(heat flux)를 가해주기 위해서 저항에 따른 전압을 전원공급 장치를 통해서 조절해 줌으로 써 일정한 열유속을 구리의 표면에 전해주도록 제어하였다. 이때의 전압의 측정은 디지털멀티미테 (fluke 모델명 : #110, 오차 : ±1.
  • 구리의 총 길이 중 양쪽으로 15mm씩은 결합되는 부분이고 나머지 40mm부분은 열원으로 사용되는 카트리지히터(cartridge heater)가 정 중앙에 위치하고 있어 일정한 열유속의 열원으로 작용할 수 있도록 하였다. 또한 구리 표면의 온도를 측정하기 위하여 구리센서의 정중앙에 원주 방향으로 90도 간격으로 T형 열전대(thermocouple)를 설치하기 위하여 구리 부분에 2mm의 홈을 설치하였다. 그리고 구리센서의 양쪽 끝으로 발생할 수 있는 열 손실을 최대한 줄이기 위하여 테프론으로 만든 마개를 이용하여 단열 처리하였고, 구리센서의 양쪽 끝에는 스테인레스(stainless steal) 봉이 결합될 수 있도록 하였다.
  • 5%]를 사용한다. 또한 안정된 유동이 측성부에 유입되도록 하기 위하여 유입부 진에 유동을 균일하게 만들어 주는 정류상자를 설치하였으며, 펌프를 지난 다음 정류상자를 설치하여 안정된 유량이 공급되도록 하였다. 또한 냉각수가 측정부를 흐를 때 발생하는 기포를 제거하기 위여 정류 상자에 밴트 밸브(vent valve)를 설치하여 기포를 저]거할 수 있도록 하였고, 유출부름 지난 냉각수는 저장탱크로 회수되는 순환루프로 이루어 져있다.
  • 지지걱자 하유에서 완전히 발달된 부분의 누셀트수를 측정하기 위하여혼합날개가 부착되지 않은, 즉 지지격자만을 사용하는 경우에 지지격자 하류에서의 위치에 따른 열전달계수를 측정하여 완전히 발달된 부분의 열진달계수의 값을 기준으로 하여, 열진달 성능 향상에 미치는 혼합날개의 영향을 알아 보기 위하여 Nu/NuD를 측정하였다. 또한 지지 격자 하류에서의 측정 위치는 split 혼합날개와 LSVF 혼합날개를 부착하였을 경우 각각 Fig. 5 와 같이 1.0Dh 에서 30Dh 까지 측정하였다. 본 연구에 사용된 Fig.
  • 그리고 구리센서의 양쪽 끝으로 발생할 수 있는 열 손실을 최대한 줄이기 위하여 테프론으로 만든 마개를 이용하여 단열 처리하였고, 구리센서의 양쪽 끝에는 스테인레스(stainless steal) 봉이 결합될 수 있도록 하였다. 또한 카트리지히터가 구리의 정중앙에 위치할 수 있도록 하기 위하여 카트리지 히터의 비열 부분에 석면테이프를 감아서 정중앙에 위치하도록 하였으며 구리의 홈과 카트리지 히터의 사이는 써 멀그리스(thermal greese)를 이용하여 카트리지 히터에서 발생된 열의 구리 표면으로의 전도성을 높였고 밀봉될 수 있도록 하였다. 구리센서가 결합된 한쪽 끝의 스테인레스봉의 길이를 변화시키면 가열되는 구리센서의 위치를 변화시킬 수 있는데, 이 원리를 이용하면 가열되는 위치를 변화시킬 때 마다 실험장치의 분해 없이 실험을 실행할 수 있고, 유동의 방해를 받지 않고 구리 표면의 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다.
  • 연전달 성능을 측정하였다. 지지걱자 하유에서 완전히 발달된 부분의 누셀트수를 측정하기 위하여혼합날개가 부착되지 않은, 즉 지지격자만을 사용하는 경우에 지지격자 하류에서의 위치에 따른 열전달계수를 측정하여 완전히 발달된 부분의 열진달계수의 값을 기준으로 하여, 열진달 성능 향상에 미치는 혼합날개의 영향을 알아 보기 위하여 Nu/NuD를 측정하였다. 또한 지지 격자 하류에서의 측정 위치는 split 혼합날개와 LSVF 혼합날개를 부착하였을 경우 각각 Fig.
  • T8측정하기 위해서 카트리지히터가 설치된 구리 센서를 # 측정하기 위하여 카트리지히터가 설치되지 않은 구리센서를 사용하였다. 카트리지히터에 가해진 열량은 4와 의 온도차 가 충분히 크게 나도록 하기 위하여 약 120W(heai flux 59, 864W/m2)를 가하였다.

대상 데이터

  • 또한 냉각수가 측정부를 흐를 때 발생하는 기포를 제거하기 위여 정류 상자에 밴트 밸브(vent valve)를 설치하여 기포를 저]거할 수 있도록 하였고, 유출부름 지난 냉각수는 저장탱크로 회수되는 순환루프로 이루어 져있다. 그리 고 루프를 순환할 때 펌프에서 반생하는 열과 관에서의 마찰열에 의한 냉각수의 온도를 일정하게 제어하기 위하여 칠리(chiller)를 사용하였다.
  • 본 실험 장치는 Fig. 2와 같이 저장탱크, 펌프, 유량계, 유량제어밸브, 측정부 등으로 구성된 순환 루프로 이루어져 있다, 측정부의 제원은 Table 1 과 같다. 15.
  • 구리센서가 결합된 한쪽 끝의 스테인레스봉의 길이를 변화시키면 가열되는 구리센서의 위치를 변화시킬 수 있는데, 이 원리를 이용하면 가열되는 위치를 변화시킬 때 마다 실험장치의 분해 없이 실험을 실행할 수 있고, 유동의 방해를 받지 않고 구리 표면의 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 카트리지히터에 의한 구리표면에서의 일정한 열 유속(heat flux)을 가하기 위하여 이번실험에 사용되는 9개의 히터를 각각 제어할 필요가 있다. 왜냐하면 아무리 정확하게 만들어진 카트리지 히터라 하여도 저항이 조금씩은 틀리기 때문이다.
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