국소 열전달 관측을 통한 과냉각 풀비등의 임계 열유속 현상에 대한 정량적 분석

Abstract

본 연구에서는 열화상 카메라를 이용하여 과냉각 조건에서의 임계 열유속 현상을 실험적으로 관측하였다. 열화상 카메라 기법을 사용하여 비등 표면의 온도와 열유속 분포를 구하였을 뿐만 아니라 젖은 면의 비율과 기포 패치의 크기 등을 과냉각 정도를 증가시켜가면서 측정하였다. 실험 결과, 과냉각 정도가 증가할수록 젖은 면의 비율은 단조 증가하는 경향을 얻었다. 이는 과냉각 정도가 증가할수록 기포의 성장이 방해를 받아 보다 작은 기포 패치가 많이 생성되고 큰 기포 패치의 크기가 감소하기 때문이다. 비등표면은 크게 접촉선과 유체로 덮인 영역 그리고 기포 패치로 나뉠 수 있는데, 각 영역의 면적과 비등 표면의 열유속 분포를 이용하여 각 영역에서의 열전달의 기여도를 계산하였다. 과냉각 조건에서도 포화 조건과 마찬가지로 유체로 덮인 영역에서의 열전달이 가장 지배적이였다. 이는 접촉선에서의 열전달이 아닌 버블의 성장과 이탈으로 인한 교반 작용의 단상 열전달이 주요 열전달 메커니즘이라는 것을 뜻한다.