CHF behaviour during pressure, power and/or flow rate simultaneous variations

• Published in: International journal of heat and mass transfer Vol. 34; no. 3; pp. 723 - 738
• Main Authors: Celata, G.P., Cumo, M., D'annibale, F., Farello, G.E., Mariani, A.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Elsevier Ltd 1991; Elsevier
• Subjects: Applied sciences; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Exact sciences and technology; Fission nuclear power plants; Installations for energy generation and conversion: thermal and electrical energy; Forced convection; Flow rate; Thermal power; Simulation; Unsteady state; R 12 fluid; Critical heat flow; Experimental study; Boiling; Pressure; Nuclear reactor
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(91)90120-4

The results of an experimental investigation are presented on critical heat flux in forced convective flow boiling during transients caused by simultaneous variations of either two or three parameters among pressure, flow rate and thermal power. The three parameters are varied according to an exponential law for the flow rate and the pressure decrease, and to a ramp and a step law for the input power increase. Experiments are carried out employing a tubular test section which is electrically and uniformly heated. Test parameters include the flow rate half-flow decay time, several values of the initial power (before the transient) and the final power (at the end of the transient) in the case of step transients, and the slope of the ramp in the case of ramp transients, and the depressurization rate. An analysis of the experimental data is performed using the local conditions approach, and applying the quasi-steady-state method. The effect of the simultaneous variation of either two or three main parameters on the time-to-crisis is also analysed for transients in which only one of the parameters is varied. On rapporte les résultats d'une étude expérimentale sur le flux thermique critique dans l'ébullition en convection forcée pendant des régimes transitoires causés par des variations simultanées de soit deux, soit trois paramètres parmi pression, débit-masse et puissance thermique. Les trois paramètres varient suivant une loi exponentielle pour le débit et la dépressurisation et suivant une rampe ou un échelon pour l'accroissement de puissance. Les expériences concernent une section tubulaire d'essai qui est électriquement et uniformément chauffée. Les paramètres incluent le débit à mi-variation de débit dans le temps, plusieurs valeurs de la puissance initiale (avant la variation) et la puissance finale (après la variation) dans le cas de l'échelon, et la pente de la rampe dans le cas correspondant, et le taux de dépressurisation. Une analyse des données expérimentales est conduite par une approche des conditions locales et en appliquant la méthode de l'état quasi-statique. L'effet de la variation simultanée de deux ou trois paramètres principaux sur le temps d'apparition de la crise est analysé pou des transitoires dans lesquels un seul paramètre varie. In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse einer experimentellen Untersuchung der kritischen Wärmestromdichte beim Strömungssieden unter instationären Bedingungen vorgestellt. Hierbei werden zwei der folgenden Parameter gleichzeitig variiert: Druck, Massenstromdichte und Wärmestromdichte. Die Veränderungen der Massenstromdichte und des Drucks erfolgen exponentiell, diejenigen der Wärmestromdichte rampenförmig oder sprungförmig. Die Experimente werden in einer gleichmäβig elektrisch beheizten, rohrförmigen Meβstrecke ausgeführt. Die Versuchsparameter umfassen folgende Werte: die Halbwertszeit der Massenstromdichte, einige Werte der Wärmestromdichte (vor Einsetzen der transienten Änderungen) sowie die Wärmestromdiehte am Ende der Transienten für den Fall von stufenweisen Veränderungen, die Form der Rampe im Fall rampenförmiger Veränderungen, die Geschwindigkeit der Druckabsenkung. Das experimentelle Datenmaterial wird analysiert, wobei eine Näherung für die örtlichen Bedingungen und ein quasi-stationäres Verfahren angewandt wird. Der Einfluβ der gleichzeitigen Variation von zwei oder drei Hauptparametern auf die Zeit bis zum Einsetzen der Siedekrise wird auch für solche Transienten untersucht, bei denen nur ein Parameter verändert wird. ПpиBoдяTcя peзuльTaTы экcпepимeнTaльиoгo иccлeдoBaния кpиTичecкoгo TeплoBoгo пoToкa B пepeчoднoм peжимe кииeния пpи Bынuждeииoй кoиBeкции, кoTopыe BызBaны oдoBpeмeнными измeнeниями дBuч или Tpeч иapaмeTpoB, Bключaющич дaBлeниe, cкopocTь Teчeния TeплoBuю мoщнocTь. Tpи uкaзaиныч пapaмeTpa BapьиpuюTcя B cooTBeTcTBии c зкcнoиeнциaльным зaкoнoм пpи uмeиьшeнии cкopocTи Teчeния и дaBлeния, a Taкжe B cooTBeTcTBии c зaкoнoм cкaчкooбpaзнoгo илн плaBнoгo нepeчoдa пpи uBeлнчeнии нoдBoдимoй мoщиocTн. ЭкcпepимeнTы пpoBoднлнcь нa цилиндpичecкoм oпьггнoм uчacTкe, oднopoдиo нaгpeBaeмoм злeкTpичecким Toкoм. ЭкcнepимeнTaльныe пapaмeTpы Bключaли Bpeмя зaTuчaння cкopocTи Teчeния нa нoлoBинe eгo пuTн, нecкoлькo знaчeний иaчaльнoй (пepeд пepeчoдoм) и кoнeчнoй (B кoицe пepeчoдa) мoщнocTи B cлuчae cкaчкooбpaзныч нepeчoдoB, uгoл нaклoнa B cлuчae плaBныч пepeчoдoB, a Taкжe инTeнcиBнocTь cбpoca дaBлeния. ЭкcпepимeнTaльныe дaнныe aнaлизиpuюTcя c иcпoльзoBaниeм мeToдoB лoкaльныч ucлoBнй и кBaзиcTaциoиapиoгo. Bлияниe oднoBpeмeнныч измeнeиий дBuч нли Tpeч ocнoBныч нapaмeTpoB нa Bpeмя дo нacTuплeния кpизиca aнaлизиpueTcя Taкжe для пepeчoдoB, пpн кoTopыч BapьиpueTcя лишь oдин пapaмeTp.