Effects of a flow obstacle on liquid film thickness in relation with CHF enhancement

R. J. Belt; R. F. Mudde; T. H. J. J. Van Der Hagen

doi:10.1515/kern-2003-0044

Article

Effects of a flow obstacle on liquid film thickness in relation with CHF enhancement

R. J. Belt , R. F. Mudde and T. H. J. J. Van Der Hagen

Published/Copyright: March 11, 2022

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From the journal Kerntechnik Volume 68 Issue 3

Abstract

There is evidence in literature that the insertion of flow obstacles in the coolant flow of a boiler flowing in an annular regime postpones the film dryout emergence on the heated surfaces. Specifically, the obstacle is believed to force the deposition of droplets to the wall, hence to increase the film flow rate, and therefore to delay dryout. The two objectives of the present research are (i) to confirm the increase in the film flow rate due to the obstacle, by (ii) building an appropriate flow-loop equipped with suited techniques for film thickness and film velocity measurements. A solid cylinder is inserted in the center of a vertical water-air annular tube flow. Variations in liquid film characteristics, e. g. film thickness and interfacial parameters (disturbance waves velocity and frequency), are measured through a local conductance probes technique. This work shows that the presence of an obstacle in an annular flow leads to an increase in the film thickness, specifically the substrate thickness, and does not affect the interfacial behavior of the film. An increase in the droplet deposition constant is observed and agrees reasonably well with predictions from the Windecker et al. (1999) correlation. The flow-loop and the measurements techniques are suited for extensive droplet deposition measurements.

Abstract

In der Literatur wird berichtet, dass Hindernisse, die in den Strömungsweg eines Verdampferkanals eingebracht werden, bei Vorhandensein einer Ringströmung das Austrocknen des Flüssigkeitsfilms an der beheizten Oberfläche verzögern können. Im Detail wird angenommen, dass das Hindernis die Ablagerung von Tröpfchen an die Wand verstärkt. Auf diese Weise wächst die Flüssigkeitsmenge im Film an und das Austrocknen wird verzögert. Die zwei Ziele der vorliegenden Forschung sind (1) eine experimentelle Bestätigung der Vergrößerung des Flüssigkeitsdurchsatzes im Film durch den Störkörper, (2) der Aufbau einer geeigneten Versuchsschleife, die mit einer entsprechenden Messtechnik für die Filmdicken- und Geschwindigkeitsmessung ausgestattet ist. Als Störkörper dient ein zylindrischer Körper, der zentrisch in das Rohr eingesetzt wird, in dem eine Luft-WasserRingströmung erzeugt wird. Veränderungen der Filmparameter, wie Filmdicke und Charakteristika der Phasengrenzfläche (Geschwindigkeit und Frequenz von Störungswellen) werden mit Hilfe eines lokalen elektrischen Leitfähigkeitssensors gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwesenheit des Störkörpers in der Ringströmung zu einer Erhöhung der Filmdicke, speziell der Dicke des Grundfilms unterhalb der überlagerten Wellen führt. Das Grenzflächenverhalten des Films, d. h. Frequenz und Geschwindigkeit der Wellen, wird nicht beeinflusst. Es wurde eine Erhöhung der Tropfenablagerungskonstante beobachtet, die gut mit den Vorhersagen der Korrelation von Windecker et al. (1999) übereinstimmt. Die Versuchsschleife und die verwendete Messtechnik sind für weitergehende, intensivere Untersuchungen zur Tropfenablagerung geeignet.

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Received: 2003-02-18

Published Online: 2022-03-11

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