이상유동 유동양식 (Two-Phase Flow Regime)

한 줄 정의: 물과 증기가 함께 흐를 때 나타나는 기하학적 배치 형태를 가리킵니다.

쉽게 풀면

물과 증기가 같은 관을 흐를 때 두 상은 아무렇게나 섞여 있지 않고 몇 가지 정해진 모양을 이룹니다. 기포가 물속에 흩어진 기포류, 큰 기포가 덩어리져 흐르는 슬러그류, 증기가 가운데를 빠르게 지나가고 물이 벽을 따라 얇게 흐르는 환상류 등이 대표적입니다. 어떤 양식이 나타나는지는 유속과 기포율에 따라 달라집니다. 이 배치가 바뀌면 열전달과 압력강하의 성질도 함께 바뀝니다.

왜 중요한가

열전달 상관식과 압력강하 상관식은 대부분 특정 유동양식을 전제로 만들어져 있어, 양식 판별이 틀리면 계산 전체가 어긋납니다. 그래서 계통열수력 코드는 매 계산 지점마다 유동양식을 먼저 판정한 뒤 해당하는 모델을 적용합니다. 건조현상이나 유동불안정성 같은 현상의 발생 조건도 유동양식과 직결됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"가열관 출구에서 환상류로 전이되는 지점을 기준으로 건조현상 발생 조건을 평가하였다."

조금 더 깊게 보면

유동양식은 관의 방향에 따라서도 달라집니다. 수직 상향류에서는 중력과 부력이 축 방향으로 작용해 기포류에서 슬러그류, 처언류, 환상류로 이어지는 순서가 비교적 뚜렷하지만, 수평관에서는 중력이 증기를 위쪽으로 밀어 올려 층상류처럼 위아래가 분리된 양식이 추가로 나타납니다. 양식 사이의 경계는 유량과 기포율을 축으로 한 유동양식 지도로 정리되며, 실험 조건에 따라 경계 위치가 달라져 지도마다 차이가 있습니다.

주의할 점

기포율이 증기가 차지하는 부피 비율이라는 하나의 수치라면, 유동양식은 그 증기가 어떤 모양으로 배치되어 있는지를 가리킵니다. 기포율이 같아도 유속에 따라 유동양식이 다를 수 있습니다.