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Study on the thermal-hydraulics characteristics of a boiling two-phase natural circulation loop with nanofluids

  • A. K. Nayak and M. R. Gartia
Published/Copyright: April 5, 2013
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Abstract

In this paper, we present the steady state and stability behaviour of a boiling two-phase natural circulation loop with a small concentration of Al2O3 nanofluids. For this, experiments were conducted in a natural circulation loop at different operating powers, pressures, and water levels in the steam drum. The test results revealed that while the steady state natural circulation behaviour is similar, however, the buoyancy induced flow rates are found to be relatively higher with nanofluids than with water alone. In addition, with nanofluids, the amplitudes of the boiling induced Type I instabilities are found to be significantly reduced, However, the Type II instabilities are found to appear at relatively lower power with addition of nanofluids as compared to that with water alone. The most interesting result is that with addition of nanofluids, the amplitudes of Type II instabilities are found to get suppressed with increase in power similar to that of low quality Type I instability.

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit wird das Stabilitätsverhalten im stationärer Zustand beim Naturumlauf für Zweiphasenströmung mit einer geringen Konzentration von Al2O3 Nanoflüssigkeiten untersucht. Dazu wurden Experimente durchgeführt in einem Naturumlaufkreislauf bei verschiedenen Betriebsleistungen, Druckverhältnissen und Wasserfüllständen im Dampfsammler. Die Ergebnisse zeigen, dass, während das Verhalten des Naturumlaufs im stationären Zustand unverändert bleibt, die durch Auftrieb induzierten Strömungsgeschwindigkeiten mit Beimischung von Nanoflüssigkeiten etwas höher sind als mit Wasser allein. Des Weiteren sind bei Nanoflüssigkeiten die Amplituden der durch das Sieden induzierten Typ I Instabilitäten signifikant reduziert. Im Vergleich zum reinen Wassermedium treten die Typ II Instabilitäten jedoch beim Zusatz von Nanoflüssigkeiten bereits bei relativ niedrigen Leistungen auf. Das interessanteste Ergebnis ist, dass mit dem Zusatz von Nanoflüssigkeiten die Amplituden der Typ II Instabilitäten unterdrückt werden mit steigender Leistung, ähnlich wie die von Typ I Instabilitäten niedriger Qualität.

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Received: 2008-4-15
Published Online: 2013-04-05
Published in Print: 2008-11-01

© 2008, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 11.12.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/124.100568/pdf
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