본 논문은 수평 미세채널 내 CO2 흐름에서의 유동 및 그 전환 특성에 대한 이론적 분석과 가시화 실험 연구를 수행하였다. 가시화 실험 결과를 바탕으로 저온 증발 조건에서 CO2의 이론 유동 상태 예측 모델을 업데이트하였다. 실험 조건은 다음과 같다: 열유속 밀도 (7.5~30 kW/m2), 질량유량 (50~600 kg/(m2·s)), 포화 온도 (﹣40~0 ℃), 건도 (0~1), 내경 (1.5 mm). 이론 분석에 따르면 질량유량은 열교환 과정에서 겪는 유동 상태 형태에 결정적인 역할을 하며, 열유속 밀도는 환상 유동-건조 영역, 건조 영역-안개 유동 경계 전환 곡선에 큰 영향을 미치고, 포화 온도는 유동 상태 전이에 중요한 영향을 준다. 가시화 연구 결과, 이론 유동도 기반으로 수평 미세채널 내 CO2 유동 끓음 열교환의 유동 상태를 잘 예측할 수 있으며, 다양한 조건에서 유동 상태 변화를 반영할 수 있으나, 이론 유동도는 건조 영역 및 안개 유동 영역 예측에서 편차가 크다; 실험 데이터를 기반으로 액체-기체 점도 비의 무차원 인자를 추가하고 새로운 임계 열유속 밀도 예측 모델을 제안하였다. 질량 유량과 열 유속의 영향을 고려하여, 업데이트된 임계 열유속 밀도 예측 모델과 실험 데이터를 바탕으로 비등수 Bo 값을 도입하여 이론 유동도 내 환상 유동-건조 영역, 건조 영역-안개 유동 및 간헐 유동/탄성 유동-환상 유동 경계 전환 곡선을 업데이트하였다. 가시화 연구를 통해 얻은 유동 데이터는 89.4%가 업데이트된 CO2 이론 유동 예측 모델과 일치한다.

CO2; 미세채널; 흐름 끓음; 유동도