Thông tin tài liệu
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN NGHIÊN CỨU ĐỘ NHẠY CÁC MƠ HÌNH VẬT LÝ SỬ DỤNG TRONG CODE TÍNH TỐN THỦY NHIỆT RELAP5 DỰA TRÊN SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM CỦA HỆ THỰC NGHIỆM FEBA Trong phân tích an tồn thủy nhiệt, kết tính tốn mơ sử dụng phần mềm thủy nhiệt phụ thuộc nhiều vào việc mơ hình tượng vật lý xây dựng phần mềm Các mơ hình vật lý phương trình bão tồn, cơng thức thực nghiệm phát triển dựa việc làm khớp chúng với số liệu thực nghiệm, dựa giả thiết, đơn giản hóa để giải phương trình lý thuyết Chính vậy, mơ hình vật lý cần phải xem xét độ bất định mà chúng đưa vào kết tính tốn Để tính tốn độ bất định, khảo sát độ nhạy trước hết thực để tìm mơ hình vật lý có tầm ảnh hưởng lớn lên kết tính tốn cho kịch tái ngập vùng hoạt Khảo sát độ nhạy thực dựa số liệu thực nghiệm đo đạc hệ thí nghiệm FEBA Dựa hai tiêu chuẩn nhiệt độ cực đại thời gian dính ướt, có bốn mơ hình vật lý có ảnh hưởng lớn lên kết tính tốn chọn từ 16 mơ hình vật lý xem xét Bốn mơ hình nghiên cứu sâu để đánh giá độ bất định mà chúng gây lên kết tính tốn pha ĐẶT VẤN ĐỀ Giai đoạn tái ngập giai đoạn quan trọng nhiên liệu bị phồng, bị vỡ, bị ơxiTrong kịch cố vỡ lớn nước làm mát hóa, chí bị nóng chảy nhiên (LBLOCA), thay đổi nhiệt độ vỏ liệu khơng thể làm mát thích hợp Pha tái nhiên liệu chia thành bốn giai đoạn ngập kịch bắt đầu phần chính: xả áp, nạp đầy đáy, tái ngập, làm mát dài đáy thùng lò làm đầy nước hạn thể Hình nhiên liệu bắt đầu tái ngập Hơi nước hình thành giai đoạn tái ngập với vận tốc lớn theo giọt nước làm cho chế độ truyền nhiệt pha trở nên phức tạp, chuyển từ đơn pha khí, hai pha khí- lỏng cuối đơn pha lỏng Chế độ dịng chảy thẳng đứng chín chế độ (bốn chế độ truyền nhiệt trước thông lượng nhiệt tới hạn (CHF), bốn chế độ truyền nhiệt sau CHF chế độ truyền nhiệt phân tầng) sử dụng phần Hình Sự thay đổi nhiệt độ vỏ nhiên liệu mềm nhiệt-thủy lực để mô pha tái ngập pha tai nạn vỡ lớn [3] [1, 2] Mỗi loại chế độ dòng chảy thường sử dụng Số 67 - Tháng 6/2021 21 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN số mơ hình truyền nhiệt định Sự thay đổi chế độ chảy dẫn đến mơ hình hệ số truyền nhiệt thay đổi theo từ mơ hình truyền nhiệt Chen, Dittus-Boelter, Bromley, Zuber CHF, CHF Bảng tra cứu [1, 2] vào cho SA, số tham số ảnh hưởng khơng đáng kể đến kết tính tốn, tham số khác ảnh hưởng lớn lên kết tính tốn Thơng qua q trình SA, thơng số đầu vào ảnh hưởng lựa chọn Đây cơng cụ hữu ích để giảm số lượng phép tính Các phần mềm thủy lực nhiệt RELAP5, cách giảm tham số đầu vào xem xét mà MARS, TRACE, CATHARE, sử giữ ngun độ xác phép tốn Từ dụng rộng rãi phân tích an tồn lị phản hai mươi đến trăm tham số đầu vào ban đầu, ứng Trong số đó, RELAP5 cơng cụ thích hợp thơng qua tính tốn độ nhạy giảm số lượng để sử dụng việc tính tốn kiểm tra cấp đầu vào xuống mười tham số [6, 7, 8] phép, đánh giá hướng dẫn vận hành làm sở cho phân tích nhà máy điện hạt nhân [1, Về hệ thực nghiệm, hệ FEBA lựa chọn Kịch 4] Trong phần mềm này, với điều kiện tái ngập thuộc loại phức tạp mặt thủy ban đầu biên, mơ hình vật lý (PM) thường nhiệt trình tái ngập có nhiều sử dụng mơ Các mơ hình chế truyền nhiệt pha hơi, hai pha pha lỏng thường xây dựng dựa lý thuyết tồn Cùng với đó, chế độ dịng chảy thực nghiệm Các mơ hình lý thuyết sử dụng thay đổi phức tạp Các nghiên cứu thực giả định, đơn giản, lý tưởng hóa quy nhiều thí nghiệm để nghiên cứu chế thủy trình lý tưởng để giải, mơ hình thực nhiệt tượng xảy giai nghiệm phát triển dựa thí nghiệm đoạn tái ngập để đánh giá cải thiện khả cụ thể với điều kiện biên điều kiện ban đầu dự đốn phần mềm thủy nhiệt Chương trình xác định Nghĩa ln có giới hạn kiểm tra Hiệu ứng Hệ thống Hiệu ứng Riêng định khả ứng dụng mơ hình vật biệt (FLECHT-SEASET) tập trung vào chế lý Độ xác dự đốn mơ truyền nhiệt tốc độ dịng chảy tái ngập cao với ln vấn đề thách thức mà nhà phát thay đổi công suất [9] Tuy nhiên, triển phần mềm cần phải giải tìm cách thí nghiệm không đủ để định lượng cải thiện Các mơ hình vật lý đề xuất tượng liên quan đến chế tái ngập chi tiết thơng số có ảnh hưởng lớn đến kết tính tốn số bất định sinh thực nghiệm cần phải đánh giá thêm [5] Chương trình RBHT (Truyền nhiệt bó nhiên liệu) [11] đề xuất để cải thiện hạn chế thực nghiệm trước Thử nghiệm PHƯƠNG PHÁP, CÔNG CỤ TÍNH TỐN thực để khảo sát truyền nhiệt phần VÀ HỆ THỰC NGHIỆM VÀ MƠ HÌNH HỆ đáy vùng hoạt lên thay đổi tốc độ dòng chảy FEBA tái ngập với thay đổi áp suất phần Giống 2.1 Phương pháp, cơng cụ tính tốn hệ thực thử nghiệm RBHT, FEBA (Thử nghiệm ngập lụt với mảng bị chặn) [12] thực nghiệm để nghiên cứu chế truyền nhiệt Các tác động Về phương pháp, phân tích độ nhạy (SA) cho đệm lưới phình nhiên liệu thấy giá trị khác biến đầu vào giai đoạn tái ngập xem xét cho thí độc lập ảnh hưởng đến biến đầu nghiệm hệ FEBA nhằm đánh giá, phát triển phụ thuộc cụ thể cách sử dụng tập cải tiến mơ hình xây dựng [12] hợp giả định Trong số tất tham số đầu 22 Số 67 - Tháng 6/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Về phần mềm tính tốn, phần mềm RELAP5 lựa chọn Đây phần mềm tính tốn thủy nhiệt sử dụng rộng rãi, có bề dày lịch sử phân tích an tồn cấp phép Cục quản lý hạt nhân Mỹ (USNRC) phát triển [13] Phần mềm có khả mơ pha tái ngập Các tính tốn độ nhạy, độ bất định thực phần mềm Sau đó, nước làm mát cấp vào hệ từ phần (10) để mô pha tái ngập Trong q trình tiến hành thí nghiệm, nhiệt độ khung chứa (phần không gia nhiệt) vỏ nhiên liệu (phần gia nhiệt) đo vị trí khác dọc bề mặt trục chúng 2.2 Mơ hình hệ thực nghiệm FEBA Nhiên liệu hệ thí nghiệm FEBA bó nhiên liệu có kích thước 5x5 bó nhiên liệu thật lị phản ứng nước áp lực (PWR) (Hình 2a) [12] Nó bao quanh vỏ hình vng làm thép khơng gỉ (Hình 2b) gia nhiệt điện theo công suất cô-sin bảy bậc với mật độ cơng suất khác (Hình 2c) Mơ hình phần hệ thực nghiệm FEBA (Hình 2d) xây dựng dựa sơ đồ cấu tạo phận hệ FEBA (Hình 2e) Mơ hình phần hệ thí nghiệm FEBA chia làm ba phần khác nhau: thể tích đầu vào (150) tương ứng với khoang (10), phần thử nghiệm bao gồm gia nhiệt (11), thể tích đầu (650) khoang (12) Chiều dài gia nhiệt 3.9 mét chia thành 39 đoạn có độ dài 0.1 mét Trên thực tế, tổng chiều dài nhiên liệu hệ FERBA 4.114 m Tuy nhiên, phần chứa chất gia nhiệt có chiều dài 3.9 mét, tức từ 75 mm đến 3975 mm, minh họa Hình 2c Trong mơ hình hệ thí nghiệm FEBA, lưới giằng (tại nút 4, 9, 15, 20, 25, 31 36) khung chứa đề xét đến thể Hình 2d Thí nghiệm ban đầu làm nóng cơng suất thấp (200 kW) để đạt nhiệt độ ban đầu cần thiết trước mơ q trình tái ngập Theo đường cong công suất nhiệt phân rã 120% Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANS), trình đun nóng hệ tiến hành khoảng 40 giây sau lò phản ứng ngừng hoạt động để đạt nhiệt độ mong muốn ban đầu trạng thái cân Hình Sơ đồ nút hóa thí nghiệm FEBA RELAP5: (a) Cấu trúc cắt ngang nhiên liệu; (b) Cấu trúc cắt ngang bó nhiên liệu thí nghiệm FEBA; (c) Cơng suất cơ-sin nhiên liệu theo bậc khác nhau; (d) Sơ đồ nút hóa hệ thí nghiệm FEBA RELAP5; (e) Phần hệ thí nghiệm FEBA KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 3.1 Trường hợp tham chiếu Trường hợp tham chiếu trường hợp tất mơ hình vật lý xem xét với giá trị mặc định chúng 1.0 Có mười sáu mơ hình vật lý với hàm phân bố (PDF) dải giao động chọn nghiên cứu độ nhạy liệt kê Bảng Dựa tiến trình thực thí nghiệm điều kiện ban đầu điều kiện biên cho thí nghiệm 216, tính tốn tiến hành mô cho hai giai đoạn Giai đoạn đầu mơ việc hâm nóng hệ đơn pha công suất thấp khoảng 1000 s đạt đến nhiệt độ ổn định nhiệt độ vỏ nhiên liệu Giai đoạn mô q trình chuyển tiếp tái ngập cách kích hoạt cấp nước từ lối vào Số 67 - Tháng 6/2021 23 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Bảng Các mơ hình vật lý, hàm phân bố dải dao động chúng 24 lên phận hệ thí nghiệm, cơng suất bó nhiên liệu áp dụng theo đường công suất mô nhiệt phân rã theo Chuẩn ANS 120 % nhằm mô q trình tái ngập Trong giai đoạn làm nóng đến nhiệt độ ổn định, kết tính toán nhiệt độ ban đầu vỏ nhiên liệu khung chứa so sánh với số liệu thực nghiệm Hình So sánh q trình mơ đun nóng hệ thí nghiệm đạt kết giống đo đạc thực tế Hình So sánh phân bố nhiệt độ ban đầu vỏ nhiên liệu khung chứa Hình So sánh kết nhiệt độ tính tốn vỏ nhiên liệu với số liệu thực nghiệm tính tốn sử dụng phần mềm MARS-3D [5] Hình So sánh kết nhiệt độ tính tốn vỏ nhiên liệu với số liệu thực nghiệm tính tốn khác sử dụng phần mềm RELAP5 [5] Số 67 - Tháng 6/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Khi chuyển từ trang thái ổn định sang trạng thái chuyển tiếp, kết tính tốn mơ cho tốn tham chiếu độ cao khác (ở phần dưới, phần phần nhiên liệu) so sánh với liệu thực nghiệm tính toán khác sử dụng phần mềm MARS3D (KAERI [5]), RELPA5 (UNIPI [5]) hình minh họa Hình Hình Từ so sánh kết luận input Hình So sánh kết tính tốn nhiệt độ mơ thí nghiệm 216 cho kết tương tự với kết trường hợp trước (no) sau kích tính tốn từ phần mềm thủy nhiệt khác có hoạt (with) lựa chọn xem xét độ nhạy mô kết gần với đo đạc thực nghiệm Từ kết hình vật lý so sánh nói trên, input sử dụng Kết tính tốn trước kích hoạt mơ hình cho nghiên cứu vật lý (Cal_xxno) hoàn toàn giống với kết 3.2 Tính tốn độ nhạy tính tốn sau kích hoạt chúng (Cal_xxwith) Để xem xét độ nhạy mơ hình vật lý, lựa Trong xx chín vị trí (02, 07, 12, 18, 20, 23, chọn để xem xét 16 mơ hình vật lý kích hoạt 26, 29 34) minh họa Hình Bảng Bài tốn tham chiếu tốn Trong tính tốn với trường hợp tham chiếu, kết mà mơ hình vật lý có hệ số mặc định phân bố nhiệt độ vị trí nút 26 có lựa chọn (giá trị 1.0) Cần lưu ý kích nhiệt độ cao nhất, PCT xảy ra, tương ứng với độ hoạt chức kết tính tốn phải đảm cao 1400 mm Đây chọn vị trí tham chiếu bảo khơng đổi Kết tính tốn trước sau dùng để tính phân bố nhiệt độ kích hoạt tính tốn độ nhạy cho mơ hình phân tích độ nhạy vật lý Hình Hình Kết tính tốn độ nhạy với 16 mơ hình vật lý Số 67 - Tháng 6/2021 25 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Bằng cách lấy giá trị max tham số 16 tham số, thực truyền thông tin qua tham số lối PCT thời gian dính ướt, có tất 32 trường hợp tính tốn vị trí tham chiếu có PCT xảy (1400 mm) kết Hình Có thể thấy kết tính tốn có phân bố đối xứng mặt nhiệt độ so với trường hợp tham chiếu (chỉ đường đậm nét đứt quãng) thực nghiệm Tuy nhiên thời gian dính ướt tính tốn mơ cho số trường hợp tổng 32 trường hợp lại có thăng giáng đáng kể Hình Độ nhạy mơ hình vật lý theo tiêu chuẩn PCT Để phân tích độ nhạy, cần phải lựa chọn tiêu chuẩn để đánh giá Các tiêu chí lựa chọn cho nghiên cứu độ nhạy đề tài dựa tiêu chí cho [5] Đối với trình đánh giá cấp phép mặt thủy nhiệt, PCT tiêu chí lựa chọn Trong kịch tái ngập xem xét, thời gian dính ướt tượng điển hình Nó xác định tình trạng bề mặt thanh, Tw, khơ Hình Độ nhạy mơ hình vật lý theo tiêu nhiệt độ cao nhiệt độ bão hịa chuẩn thời gian dính ướt khoảng 30 độ, Tw = Tsat + 30, ngược lại vỏ Có thể thấy hai tiêu chuẩn đánh nhiên liệu bị ướt giá độ nhạy, mơ hình vật lý từ với số Chính thế, hai tiêu chuẩn lựa chọn tương ứng, từ đến từ 11 đến 13, có nghiên cứu độ nhạy đề tài PCT thời gian ảnh hưởng lên kết tính tốn nhiệt độ vỏ dính ướt: nhiên liệu thời gian dính ướt Tiêu chí PCT xác định giá trị tuyệt đối Dựa theo tiêu chuẩn đánh giá độ nhạy PCT độ thay đổi nhiệt độ PCT: nêu trên, thấy có ba mơ hình vật lý (các mơ hình với số 6, 14, 16) có ảnh ∆Tref (=PCTi - PCTref ) = 10 (°C) hưởng lớn đến nhiệt độ vỏ nhiên liệu i = 1, …, 32 Dựa theo tiêu chuẩn đánh giá độ nhạy thời gian Tiêu chuẩn thời gian dính ướt độ thay đổi dính ướt, mơ hình vật lý có số tương ứng 6, 9, 14 có ảnh hưởng lớn đến kết tính thời gian dính ướt: tốn thời gian dính ướt ∆tquench (=tq,i - tq,ref ) = 50 (s) Như vậy, tính tốn độ nhạy áp dụng hai tiêu chí Kết tính tốn độ nhạy thể đánh giá PCT thời gian dính ướt Hình Hình kết tính tốn tham số (IP6, IP9, IP14 IP16) có tác động đáng giá trị Min Max bảng thích kể lên kết tính tốn Chúng tổng tương ứng với giá trị nhỏ lớn 16 kết Bảng tham số đầu vào xem xét 26 Số 67 - Tháng 6/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN Bảng 2: Bốn mơ hình vật lý có tác động lớn lên kết đầu tính tốn đầu Có thể nhận thấy bốn tham số tham số quan trọng giai đoạn tái ngập chúng liên quan đến chế độ dòng chảy tượng vật lý đặc trưng cho trình tái ngập Hệ số sơi màng (IP6) tượng chi phối trình truyền nhiệt giai đoạn tái ngập Dòng với giọt theo (entrained droplets) (IP9) có kích thước vận tốc khác nhau, có ảnh hưởng mạnh mẽ tốc độ dòng khả truyền nhiệt [14] Tiêu chí khơ hay ướt vỏ nhiên liệu (IP14) dẫn đến việc lựa chọn hệ số truyền nhiệt hồn tồn khác Q trình bị dính ướt đột ngột q trình bị trì hỗn dính ướt hai tượng thường kèm q trình dính ướt Kết tính tốn độ nhạy đề tài Hình 1.9 Có thể thấy q trình trì hỗn dính ướt chiếm ưu Điều chứng tỏ tiêu chuẩn dính ướt cần phải đánh giá kỹ Mơ hình vật lý chọn cuối cùng, truyền nhiệt mặt phân cách giọt-hơi nước (IP16), góp phần đáng kể vào việc truyền nhiệt, đặc biệt giai đoạn tái ngập Số lượng giọt nước mang kèm nước kích thước giọt nước phần định khả truyền nhiệt chung, dẫn đến giảm nhiệt độ nhiên liệu Do tham số IP16 tham số cần có đánh giá độ bất định nghiên cứu Các PM phân tích độ nhạy thơng qua mô hệ thực nghiệm FEBA dựa số liệu thực nghiệm Chuỗi thí nghiệm thực hệ FEBA Trường hợp tham chiếu lựa chọn kết mô chứng tỏ trình gia nhiệt tương tự tiến hành thực nghiệm Có 16 mơ hình vật lý chọn cho nghiên cứu độ nhạy dựa hai tiêu chí PCT thời gian dính ướt Kết tính tốn độ nhạy bốn mơ hình vật lý với số tương ứng 6, 9, 14 16 có ảnh hướng lớn đến kết tính tốn số mười sáu tham số đầu vào xem xét Có thể nhận thấy bốn tham số tham số quan trọng giai đoạn tái ngập cần xem xét kỹ đóng góp độ bất định chúng kết tính tốn Trần Thanh Trầm, Hồng Tân Hưng, Đoàn Mạnh Long, Vũ Hoàng Hải Trung tâm Đào tạo hạt nhân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] USNRC, RELAP5/Mod3.3 code manual Volume I: Code Structure, System Models, and Solution Methods., vol 1, 2001 [2] ISL, RELAP5/MOD3.3 code manual volume IV: models and correlations, NUREG/CR-5535/ Rev P3-Vol IV, 2006 [3] NEA, Nuclear fuel behaviour in loss-of-coolant accident (LOCA) conditions: State-of-the-art Report, Nuclear Energy Agency, 2009 [4] Choi T S., No H C., Improvement of the reflood model of RELAP5/MOD3.3 based on the assessments against FLECHT-SEASET tests, Nu4 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ clear Engineering and Design, Vol 240, pp.832– Trong số điều kiện đầu vào điều kiện ban 841, 2010 đầu, điều kiện biên PM, PM đề xuất [5] Kovtonyuk, A et al., Post-BEMUSE Reflood tham số có ảnh hưởng đến kết tính Model Input Uncertainty Methods (PREMIUM) tốn Chính vậy, PM trọng tâm Benchmark: Final Report, NEA/CSNI/R(2016)18, Số 67 - Tháng 6/2021 27 ... truyền nhiệt chung, dẫn đến giảm nhiệt độ nhiên liệu Do tham số IP16 tham số cần có đánh giá độ bất định nghiên cứu Các PM phân tích độ nhạy thông qua mô hệ thực nghiệm FEBA dựa số liệu thực nghiệm. .. hoạt tính tốn độ nhạy cho mơ hình phân tích độ nhạy vật lý Hình Hình Kết tính tốn độ nhạy với 16 mơ hình vật lý Số 67 - Tháng 6/2021 25 THƠNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Bằng cách lấy giá... đạc thực tế Hình So sánh phân bố nhiệt độ ban đầu vỏ nhiên liệu khung chứa Hình So sánh kết nhiệt độ tính tốn vỏ nhiên liệu với số liệu thực nghiệm tính tốn sử dụng phần mềm MARS-3D [5] Hình
Ngày đăng: 28/02/2023, 20:33
Xem thêm:
