Abstract
Post dryout heat transfer and rewetting are important processes determining the level and the time duration of high temperature phase and the integrity of the fuel cladding. In spite of extensive studies in the past decades, reliable prediction methods are still missing due to the complexity of processes involved, which consist mainly of interaction between solid wall, main gas flow and droplets. In the present study, a phenomenological model is proposed considering the three individual heat transfer processes between the three parts. Main new features of the present model compared to the models available in the open literature are the mechanistic modeling of (a) droplet concentration and droplet size, (b) turbulent fluctuation velocity of droplets and its critical value, (c) evaporation rate of droplets arriving the wall. Comparison of the new model with selected experimental data shows at least qualitatively good agreement. The experimental behavior of wall temperature can be well explained. According to the new model the Leidenfrost effect results in the hysteresis behavior of wall temperature.
Kurzfassung
Wärmeübertragung nach dem Austrocknen und beim Wiederbenetzen sind die Prozesse, die das Niveau und die Zeitdauer einer Hochtemperaturphase und damit die Integrität der Brennstoffhülle bestimmen. Trotz umfangreicher Untersuchungen in den vergangenen Jahrzehnten fehlen aufgrund der Komplexität der Prozesse, die hauptsächlich aus der Wechselwirkung zwischen fester Wand, Hauptgasstrom und Tröpfchen bestehen, noch zuverlässige Vorhersagemethoden. In der vorliegenden Studie wird ein phänomenologisches Modell vorgeschlagen, das die drei einzelnen Wärmeübertragungsprozesse zwischen den drei Teilen berücksichtigt. Die wichtigsten neuen Eigenschaften des vorliegenden Modells im Vergleich zu den in der Literatur verfügbaren Modelle sind die mechanistische Modellierung von (a) Tröpfchenkonzentration und Tröpfchengröße, (b) turbulenter Fluktuationsgeschwindigkeit der Tröpfchen und ihrem kritischen Wert, (c) Verdampfungsrate der an die Wand gelangenden Tröpfchen. Der Vergleich des neuen Modells mit ausgewählten experimentellen Daten zeigt zumindest eine qualitativ gute Übereinstimmung. Das experimentelle Verhalten der Wandtemperatur lässt sich gut erklären. Nach dem neuen Modell führt der Leidenfrost-Effekt zum Hystereseverhalten der Wandtemperatur.
References
1 Groeneveld, D. C.: Post-dryout heat transfer: Physical mechanisms and a survey of prediction methods. Nuclear Engineering and Design32 (1975) 283–29410.1016/0029-5493(75)90099-0Search in Google Scholar
2 Chen, J. C.: A short review of dispersed flow heat transfer in post-dryout boiling. Nuclear Engineering and Design95 (1986) 375–38310.1016/0029-5493(86)90062-2Search in Google Scholar
3 Ishii, M.; Zuber, N.: Drag coefficient and relative velocity in bubbly, droplet particulate flow, AIChE Journal, Vol. 25 (1979) 84310.1002/aic.690250513Search in Google Scholar
4 Kataoka, I.; Ishii, M.; Mishima, K.: Generation and size distribution of droplet in annular two-phase flow. Transactions of the ASME105 (1983) 230–23810.1115/1.3240969Search in Google Scholar
5 Jones, O. C.Jr.; Zuber, N.: Post-CHF heat transfer: A Non-equilibrium relaxation model. ASME paper 77-HT-79, 17th National Heat Transfer Conference, Salt Lake City, Utah, August 14–17, 1977Search in Google Scholar
6 Cousins, L. B.; Denton, W. H.; Hewitt, G. F.: Liquid mass transfer in annular two-phase flow. Symposium on Two-Phase Flow, Vol.1, paper C4, Enter, England, 1965.Search in Google Scholar
7 John, O. C., Jr.: Nuclear reactor safety heat transfer. Hemisphere publishing corporation, Washington, 1981Search in Google Scholar
8 Becker, K. M.; et al.: An experimental investigation of post dryout heat transfer. Report KTH-NEL-33, KTH, Stockholm, Sweden, 1983Search in Google Scholar
© 2018, Carl Hanser Verlag, München
