Bài viết Ảnh hưởng của dạng hình học lưới giằng lên quá trình tải nhiệt từ nhiên liệu trong thực nghiệm MATiS-H sử dụng phần mềm ANSYS CFX đã sử dụng phần mềm ANSYS mô phỏng lại bài toán dựa trên thực nghiệm MATiS-H và đưa ra kết quả về trường xoáy, dự đoán trường nhiệt độ trong mô hình bó nhiên liệu và sử dụng hai dạng lưới giằng khác nhau.
ẢNH HƯỞNG CỦA DẠNG HÌNH HỌC LƯỚI GIẰNG LÊN QUÁ TRÌNH TẢI NHIỆT TỪ NHIÊN LIỆU TRONG THỰC NGHIỆM MATIS-H SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS CFX TRẦN VĂN TRUNG, CAO ĐÌNH HƯNG Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân, 179 Hồng Quốc Việt, Nghĩa Đơ, Cầu Giấy, Hà Nội tranvan_trung551987@yahoo.com, caohung191@gmail.com Tóm tắt: Trong an tồn lị phản ứng nhà máy điện hạt nhân việc tải nhiệt từ bó nhiên liệu quan trọng Dạng hình học lưới giằng nhiều yếu tố ảnh hưởng tới trình tải nhiệt Hình dạng lưới giằng ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chảy phân bố dòng chảy điều ảnh hưởng đến trình trao đổi nhiệt nhiên liệu nước làm mát Bài báo sử dụng phần mềm ANSYS mơ lại tốn dựa thực nghiệm MATiS-H đưa kết trường xốy, dự đốn trường nhiệt độ mơ hình bó nhiên liệu sử dụng hai dạng lưới giằng khác Từ kết mô thu đánh giá ảnh hưởng dạng hình học lưới giằng bó nhiên liệu lên q trình tải nhiệt Từ khóa: tính tốn động học chất lỏng, ANSYS, tải nhiệt từ nhiên liệu I MỞ ĐẦU Tình hình công nghệ nhà máy điện hạt nhân cao địi hỏi người phải tính tốn chi tiết đến vấn đề an tồn Song song với nước cho xây dựng hệ thực nghiệm nhằm cải tiến thiết kế đưa hiệu sử dụng lên cao Trong bối cảnh thực nghiệm MATiS-H xây dựng Hàn Quốc để khảo sát dịng chảy rối lĩnh vực an tồn thủy nhiệt Tuy thực nghiệm xây dựng mô Hàn Quốc Việt Nam cịn mẻ Do chúng tơi viết để mơ lại thực nghiệm bó 2x2 với kênh tải nhiệt Trong chúng tơi xây dựng mơ hình dựa thực nghiệm MATiS sử dụng phần mềm ANSYS Bài toán chạy hai trường hợp với hai loại cánh spacer khác đưa kết dòng đối phân bố trường nhiệt độ qua hai trường hợp Hạn chế viết mô bó 2x2 nên kết so sánh với bó 5x5 nhóm tác giả xây dựng hệ thực nghiệm MATiS-H không tương đồng vị trí kích thước II NỘI DUNG Hệ thực nghiệm MASTiS mơ hình tốn phần mềm ANSYS a Hệ thực nghiệm MASTiS Hệ thực nghiệm MATiS-H (Measurements and Analysis of Turbulence in Subchannels – Horizontal) xây dựng Viện Nghiên cứu Năng lượng nguyên tử Hàn Quốc (KAERI) Thực nghiệm MATiS-H tiến hành với mục đích kiểm tra khả chương trình tính tốn động học chất lưu nhằm dự đốn thơng số dịng rối dịng chảy chất tải nhiệt qua bó nhiên liệu với hình học lưới giằng khác Phần thực nghiệm hệ kênh có kích thước 170x170x4670 mm, với mặt cắt ngang hình vng gồm 5x5 mô nhiên liệu hạt nhân Các có chiều dài 3863 mm, đường kính 25,4 mm không gia nhiệt Thực nghiệm tiến hành với hai thiết kế lưới giằng, kiểu lưới giằng có cánh phân tách (split type spacer gird) kiểu lưới giằng có cánh tạo xốy ( swirl type spacer gird), thông số thiết kế lưới giằng thể hình Sau hình vẽ mơ tả thơng số hình học thực nghiệm hai loại lưới giằng lắp đặt trình thử nghiệm Hình Sơ đồ khối hệ thực nghiệm MASTiS-H Các thông số điều kiện biên hệ thực nghiệm MASTiS-H: nhiệt độ đường nước cấp vào 35 oC với vận tốc 1,5 m/s áp suất 1,5 bar Hình Thơng số hình học loại spacer b Mơ hình tốn phần mềm ANSYS Mơ hình hình học xây dựng phần mềm ANSYS Hình Mơ hình bó 5x5 xây dựng ANSYS Hình Mơ hình loại lưới giằng Trong q trình thiết lập tốn, Chúng tơi tính đến bó 2x2 với kích thước kênh tải nhiệt Và mơ hình thực để chạy thể hình sau Hình Bó 2x2 ứng với loại lưới giằng có cánh phân tách (split-type spacer grid) Hình Bó 2x2 ứng với loại lưới giằng có cánh tạo xốy (swirl-type spacer grid) Hình thể mơ hình hóa với việc lưới hóa bó 2x2 với hai loại lưới giằng khác Do việc mơ hình có nhiều chi tiết nhỏ nên chia lưới tự động hạn chế thành phần lưới có chất lượng xấu cách thấp vần đảm bảo tốn chạy Số nút tính tốn mơ hình 1876779 đánh giá lưới theo tiêu chuẩn skewness trung bình 0.228 c Các phương trình chủ đạo dùng thiết lập mơ hình tốn Như biết giải toán động học chất lưu chúng phải tuân theo ba phương trình phương trình liên tục, phương trình bảo tồn lượng phương trình bảo tồn mơ men động lượng với mơ hình dịng chảy rối k-Epsilon Phương trình liên tục: Phương trình bảo tồn mơ men đơng lượng Phương trình bảo tồn lượng Trong đó: ρ khối lượng riêng, U véc-tơ vận tốc p áp suất tĩnh, τ ten-xơ ứng suất trượt htot entanpi tổng λ độ dẫn nhiệt T nhiệt độ SM mô men nguồn SE lượng nguồn Sau chia nhỏ mơ hình thành phần tử dùng phương pháp số để giải sấp xỉ chúng Ứng với điều kiện biên cho toán ANSYS sau: - Nhiệt độ nước cấp 35 oC - Vận tốc đầu vào 1,5 m/s - Áp suất hệ 1,5 bar - Nguồn nhiệt 90 W/cm3 Kết tính tốn Sau chạy tốn đạt tới hội tụ kết sau 30s chúng tơi đưa số Hình 7a 7b Đồ thị độ hội tụ hai trường hợp mô sử dụng hai dạng lưới giằng “split-type” “swirl-type” a Kết độ xoáy hai trường hợp ứng với hai loại spacer khác Hình Trường xốy ứng với hai loại lưới giằng Hình Bốn mặt cắt trường xoáy tương ứng với vị trí z = 0.5Dh, 1Dh, 4Dh, 10Dh lưới giằng “split-type” Hình 10 Bốn mặt cắt trường xốy tương ứng với vị trí z = 0.5Dh, 1Dh, 4Dh, 10Dh lưới giằng “swirl-type” Hình 11 Kết mô thực nghiệm MASTiS-H đối lưới giằng “split-type” Từ kết hình thấy khác biệt dòng chảy loại spacer khác nhau, Trong hai trường hợp độ xoáy lớn vị trí trung tâm sử dụng spacer-swirl cho trường xoáy đồng sử dụng spacer-split Hình cho kết cắt mặt cắt trường xoáy hai loại spacer xét Do thu thập thơng số thực nghiệm nên chúng tơi so sánh kết trường xốy trường hợp sử dụng spacer-split với kết mơ báo có tên dẫn tài liệu tham khảo [1] Qua kết thấy trường xốy vị trí bó lớn Tuy nhiên so sánh tương đối tượng luận số liệu xác b Trường nhiệt độ số mặt cắt mơ hình Tuy bái chích dẫn tài liệu tham khảo [1] đưa kết trường xoáy chúng tối đưa thêm nhiệt độ vào tiên đoán trường nhiệt độ, kết trường nhiệt độ thể hình 11 12 Hình 12 Kết trường nhiệt độ loại lưới giằng “split-type” vị trí z= 0.5 Dh 10Dh Hình 13 Kết trường nhiệt độ loại lưới giằng “swirl-type” vị trí z= 0.5 Dh 10Dh Qua kết hình 11 12 thấy trường xoáy lấy nhiệt từ đồng ứng với loại spacer-swirl loại spacer-split khơng đồng thể mặt cắt hình Tuy nhiên nhiệt loại spacer-split lượng nhiệt lấy nhiều III KẾT LUẬN Bài viết nhóm tác giả dựa thực nghiệm bó nhiên liệu 5x5 thực nghiệm MATiS-H để mơ bó nhiên liệu 2x2 với kích thước kênh tải nhiệt Đưa số kết trường xoáy mặt cắt đằng sau lưới giằng tạo dòng chảy rối so sánh trường xốy với kết mơ nhóm tác giả thực nghiệm MASTiS-H Đưa thêm phần mơ q trình tải nhiệt nước dự đoán kết trường nhiệt độ qua hai loại spacer Hạn chế báo bước đầu mô bó 2x2 nên việc so sánh với kết thực nghiệm khơng tương thích so sánh mặt tượng luận Tuy nhiên bước đầu tiên, nhóm mơ thực nghiệm bó 5x5 nghiên cứu lại điều kiện biên phù hợp để tiện cho việc đánh giá TÀI LIỆU THAM KHẢO The OECD/NEA MATiS-H Benchmark CFD Analysis of water through a 5x5 rod bundle with spacer grids using ANSYS Transport Equation/ Governing Equations / Theory Guide/ CFX/ ANSYS Documentation D.I Chang., 2012 Technical report Internatioanl CFD Benchmark Problem Turbulent Flow in a Rod bundle with Spacers EFFECTS OF GEOMETRY SPACER GIRD TO REMOVING HEAT PROCESS FROM FUEL BUNDLE IN EXPERIMENTAL MASTIS-H USING ANSYS SOFTWARE Abstract: In the safety of reactors and nuclear power plants, it is important to loading heat from fuel bundles The geometry of spacer grid is one of many factors affecting this process heat load The geometry of the spacer grid affects to flow as well as distribution of the flow and this affects to heat exchange of the fuel rod with cooling water The paper used ANSYS software to simulate the problem based on the MASTiS-H experiment and the results show a vortex field, predicts the temperature field in the fuel bundle model using two different spacer gird From the simulation results obtained, we can evaluate the effect of the spacer gird geometry to the loading heat process Keywords: computational fluid dynamic, removing heat process, ANSYS, spacer gird ... lưới giằng thể hình Sau hình vẽ mơ tả thơng số hình học thực nghiệm hai loại lưới giằng lắp đặt trình thử nghiệm Hình Sơ đồ khối hệ thực nghiệm MASTiS-H Các thông số điều kiện biên hệ thực nghiệm. .. MASTiS-H: nhiệt độ đường nước cấp vào 35 oC với vận tốc 1,5 m/s áp suất 1,5 bar Hình Thơng số hình học loại spacer b Mơ hình tốn phần mềm ANSYS Mơ hình hình học xây dựng phần mềm ANSYS Hình Mơ hình. .. dựng ANSYS Hình Mơ hình loại lưới giằng Trong trình thiết lập tốn, Chúng tơi tính đến bó 2x2 với kích thước kênh tải nhiệt Và mơ hình thực để chạy thể hình sau Hình Bó 2x2 ứng với loại lưới giằng