The onset of nucleate boiling (ONB) is the point at which the heat transfer mechanism in fluids changes and is one of the thermo-hydraulic factors that must be considered when establishing a cooling system operation strategy. Because the high heat flux of several MW m−2, which is loaded within a tokamak, is applied under a one-side heating condition, it is necessary to determine a correlative relation that can predict ONB under special heating conditions. In this study, the ONB of a one-side-heated screw tube was experimentally analyzed via a subcooled flow boiling experiment. The helical nut structure of the screw tube flow path wall allows for improved heat transfer performance relative to plain tubes, providing a screw tube with a 53.98% higher ONB than a plain tube. The effects of the system parameters on the ONB heat flux were analyzed based on the changes in the heat transfer mechanism, with the results indicating that the flow rate and degree of subcooling are proportional to the ONB heat flux because increasing these factors improves the forced convection heat transfer and increases the condensation rate, respectively. However, it was observed that the liquid surface tension and latent heat decrease as the pressure increases, leading to a decrease in the ONB heat flux. An evaluation of the predictive performance of existing ONB correlations revealed that most have high error rates because they were developed based on ONB experiments on micro-channels or plain tubes and not under one-side high heat load conditions. To address this, we used dimensional analysis based on Python code to develop new ONB correlations that reflect the influence of system parameters.
核沸騰開始点（ONB）は、流体の熱伝達機構が変化する点であり、冷却システムの運転戦略を確立する際に考慮しなければならない熱水力因子の一つである。トカマク内に負荷される数MW m−2の高熱流束が片側加熱条件下で印加されるため、特殊な加熱条件下でのONBを予測できる相関式を決定することが必要である。本研究では、片側加熱されたねじ付き管のONBを、サブクール流動沸騰実験により解析した。ねじ付き管流路壁の螺旋構造により、平滑管と比較して熱伝達性能が向上し、平滑管よりも53.98%高いONBが得られた。熱伝達機構の変化に基づいてONB熱流束に対するシステムパラメータの影響を解析した結果、流量とサブクール度はONB熱流束に比例することが示された。これは、これらの因子の増加がそれぞれ強制対流熱伝達を向上させ、凝縮率を増加させるためである。しかし、圧力の増加に伴い液体の表面張力と潜熱が減少し、ONB熱流束が低下することが観察された。既存のONB相関式の予測性能を評価したところ、それらの多くはマイクロチャネルまたは平滑管におけるONB実験に基づいて開発されており、片側高熱負荷条件下では誤差率が高いことが明らかになった。この問題に対処するため、Pythonコードに基づく次元解析を用いて、システムパラメータの影響を反映した新しいONB相関式を開発した。