Effects of Liquid Properties on CCFL in a Scaled-Down Model of a PWR Hot Leg

Abstract

This paper describes the effects of liquid properties on countercurrent flow limitation (CCFL) in a PWR hot leg. CCFL experiments were conducted in a 1/15 th scaled-down model of the hot leg using air/water and air/glycerol-water solutions as working fluids. The experimental results revealed that an increase in the liquid viscosity did not change the zero liquid penetration point but did increase the slope of the CCFL curves on the Wallis diagram, which indicated that the increase in liquid viscosity from that of water did not affect the interfacial drag force but did influence the wall friction force. Numerical simulations of the experiments were carried out using a two-fluid model implemented in the CFD software FLUENT 6.3.26, and it was confirmed that the two-fluid model simulations properly evaluated the effects of liquid viscosity on the CCFL characteristics in the hot leg. Numerical simulations were also carried out to compare a low viscosity liquid to water. The predicted CCFL characteristics for low viscosity liquid showed no significant difference from those for water, which indicated that the decrease in liquid viscosity from that of water affected neither the interfacial force nor the wall friction force.

Pengaruh Rasio I/D terhadap Permulaan Flooding dan Fluktuasi Voltase Sinyal Tekanan Rezim Flooding pada Geometri Kompleks

“…Dalam perkembangannya, studi mengenai flooding pada geometri kompleks yang merepresentasikan hot leg PWR dilakukan dalam bentuk kajian analitis dan pemodelan matematis, komputasi berbasis aplikasi volum hingga (CFD) ataupun pemodelan mekanis berbasis investigasi eksperimental. Parameter yang dikaji berupa pengaruh geometri saluran (rasio panjang karakteristik terhadap diameter, L/D [4,5,8], rasio panjang riser terhadap diameter, I/D [5,8]), penampang saluran (segiempat [6], lingkaran/pipa [4,5,7]), geometri masuk (entrance) ataupun keluar (exit) saluran [4], serta sifat fisis fluida (viskositas dan tegangan permukaan) [7]. Kajian parameter-parameter tersebut dimaksudkan untuk mendapatkan basis data dalam upaya memprediksi permulaan flooding [2,3].…”

“…Diameter seksi uji yang digunakan adalah 50 mm dengan radius belokan 80 mm serta panjang pipa horisontal dan riser masing-masing adalah 430 mm dan 60 mm. Persentase berat gliserol digunakan sebagai campuran untuk mendapatkan harga-harga densitas, viskositas dan tegangan permukaan yang bervariasi [7]. Lebih lanjut, perilaku antarmuka aliran berlawanan arah melalui 1/30 diameter penurunan skala hot leg PWR juga telah dikaji secara eksperimental.…”

“…Aplikasi Microsoft Excel 2013 digunakan untuk mendapatkan grafik-grafik sekuensial waktu fluktuasi voltase sinyal tekanan, PDF dan PSD dengan variasi rasio I/D pada suatu harga debit air dan udara tertentu. Lebih lanjut, titik-titik permulaan flooding yang diperoleh dikomparasikan dengan beberapa penelitian terdahulu yang menggunakan geometri kompleks sejenis yaitu Wongwises [4], Navarro [5], Deendarlianto et al [6], Kinoshita et al [7], serta Badarudin et al [8]. Kurva permulaan flooding diperoleh dengan mengaplikasikan parameter-parameter tak berdimensi Wallis.…”

“…Pada perbandingan terhadap hasil-hasil penelitian terdahulu, disajikan komparasi hasil yang didapatkan terhadap data Wongwises [4], Navarro [5], Deendarlianto et al [6], Kinoshita et al [7] dan Badarudin et al [8]. Dalam komparasi tersebut didapatkan kecenderungan yang relatif sama pada rentang nilai 0,1 < (J * L ) 1/2 < 0,2 terhadap data penelitian Wongwises [4], Navarro [5], Deendarlianto et al [6], Kinoshita et al [7] dan Badarudin et al [8]. Sementara itu, terlihat kecenderungan yang sama dengan data Wongwises [4] pada rentang nilai (J * L ) 1/2 > 0,3.…”

Correlation for countercurrent flow limitation in a PWR hot leg

“…(7) is not suitable for flows with large liquid viscosities like glycerol-water solutions [18] and high pressures over 8 MPa.…”