Xây dựng mô hình tính toán kết hợp vật lý thủy nhiệt ho bó nhiên liệu lò phản ứng vver sử dụng hương trình mcnp5 và cobra en

27Bảng 3: Kích thước vỏ thanh nhiên liệu và ng dố ẫn thanh điều khi n, thanh trung tâmể .... 15Hình 4 : Mô hình hóa trong chương trình tính toán COBRA-EN.. Các kết quả tính toán kết hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hà Nội – Năm 2016

170833001753606c232f7-748e-4cc2-8178-3839679e9dd3

170833001753698656bde-3537-44b9-9463-992607a4871f

1708330017536df18d912-0bd3-4b88-a375-d17d2c58372a

1

L ỜI CAM ĐOAN



               COBRA-

2

L I C Ờ ẢM ƠN

              

qua

3

M Ụ C LỤ C

L 1

LI C 2

DANH MC BNG BI U 5

DANH MC HÌNH V 6

DANH MC CÁC T T TT 7VI  M u 8 

1.1 Lý do l a chự ọn đề tài……… 8

1.2 Mục tiêu nghiên cứ ………u 9 1.3 N i dung nghiên c uộ ứ ……… 10

  lý thuyt 12

2.1 T ng quan v lò ph n ng VVER-1000ổ ề ả ứ ……….12

2.2 T ng quan v các hi u ng ph n hổ ề ệ ứ ả ồi nhiệt độ……….14

2.3 Ảnh hưởng c a mủ ậ ột đ chất tải nhiệt lên tính toán vùng hoạt lò ph n ng ả ứ 16  Xây d ng mô hình tính toán k t h p V t lý Th y nhi t 21      

3.1 Mô tả các chương trình tính toán……… 21

3.1.1  21

3.1.2 -EN22 3.2 Mô hình bó nhiên liệu lò ph n ng VVER-1000ả ứ ……… 25

3.3 Mô hình hóa bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000 với chương trình MCNP5 và COBRA-EN……… 28

3.3.1 Mô hình hóa bó nhiên li u v ng trình MCNP5.28 3.3.2 Mô hình COBRA EN - 32

3.4 Chương trình tính toán kết hợ ………p 36

4

 Các k t qu  tính toán 41

4.1 Tính toán benchmark với chương trình MCNP5……….41

4.2 Các kết quả tính toán kết hợp Vật lý – Thủy nhi tệ ……… 43

4.2.1 Phân b công su t trong bó nhiên li u   .43 4.2.2 Phân b nhi   và m  cht ti nhi t 46 4.2.3 Phân b nhi   trong thanh nhiên li u và v b  c thanh nhiên li 50u

 K t lu n 52 

TÀI LIU THAM KH O 54

PH  L C 55

1 Input mô hình hóa bó nhiên liệu với chương trình MCNP5……… 55

2 Input mô hình hóa bó nhiên liệu với chương trình COBRA EN………- 64

3 Chương trình con cobra2mc (Tạo input cho MCNP5 t output c a COBRA-ừ ủ EN) ……… 67

5

DANH M C B Ụ Ả NG BI U Ể

B ng 1: Mả ột số đặc trưng của thanh nhiên li u và kênh chệ ất tải nhi tệ 24

B ng 2: Mả ậ ột đ h t nhân cáạ c đồng v thành ph n trong nhiên li u và vị ầ ệ ật liệu c u trúc.ấ 27

Bảng 3: Kích thước vỏ thanh nhiên liệu và ng dố ẫn thanh điều khi n, thanh trung tâmể 28

B ng 4: Kả ết quả ệ ố h s nhân vô h n tạ ại trạng thái S2 (Hot Full Power) [1] 41

B ng 5: Phân b công suả ố ất theo chiều cao bó nhiên li uệ 45

B ng 6: Phân b nhiả ố ệt độ chất tải nhi t theo chi u cao bó nhiên liệ ề ệu (Đơn vị: K) 47

B ng 7: H s nhân vô h n theo vòng l p tính toánả ệ ố ạ ặ 48

B ng 8 : M c sai khác gi a các vòng l p trong mô hình tính toán k t h pả ứ ữ ặ ế ợ 48

6

HÌNH V

Hình 1: Cấu hình vùng ho t lò phả ứạ n ng VVER-1000 (Bushehr) 12

Hình 2: Bó nhiên li u lò ph n ng VVER-1000.ệ ả ứ 13

Hình 3: Mối tương quan giữa nhi t đ và mệ ộ ật độ nước tại áp su t 15.7 Mpaấ 15

Hình 4 : Mô hình hóa trong chương trình tính toán COBRA-EN 24

Hình 5: Tiết diện mặt c t ngang bó nhiên liắ ệu lò VVER-1000 26

Hình 6: Cấu hình m t c t ngang ô mạặ ắ ng các thanh nhiên li u và các ng d nệ ố ẫ 26

Hình 7: Mô hình bó nhiên liệu lò ph n ng VVER-1000 vả ứ ới chương trình MCNP5 31

Hình 8: Mô hình hóa 1/6 bó nhiên li u lò ph n ng VVER-1000 vệ ả ứ ới chương trình COBRA-EN 32

Hình 9: Lưu đồ thu t toán tính toán k t h p v t lý th y nhi tậ ế ợ ậ – ủ ệ 37

Hình 10: Phân bố công su t trong bó nhiên li u lò ph n ng VVER-1000ấ ệ ả ứ 42

Hình 11: Phân bố công su t theo chi u bán kính bó nhiên li u lò VVER-1000ấ ề ệ 44

Hình 12: Phân bố công su t theo chiềấ u cao bó nhiên li uệ 46

Hình 13: Phân bố nhiệt độ ch t t i nhiấ ả ệt theo chi u cao bó nhiên li u.ề ệ 47

Hình 14: Hệ ố s nhân vô h n k-ạ inf theo bước lặp 49

Hình 15: M c sai khác gi a các vòng l p trong mô hình tính toán k t h pứ ữ ặ ế ợ 49

Hình 16: Phân bố nhiệt độ trung bình c a thanh nhiên li u theo chi u caoủ ệ ề 50

Hình 17: Phân bố nhiệt độ trong thanh nhiên li u theo chi u bán kínhệ ề 51

T Barrachina and G Verdú[4]

t qu phân b công su t 3 chi u trong bó nhiên li u v i      

u ki n gi s    u là phân b nhi  ch t t i nhi  ng nh t trong toàn 

bó nhiên li u 

ii Phân b công su   c t c s d ng làm  

d liu vào cho tính toán th y nhi t v-EN iii y nhit qu phân b 3 chi u m   ch t t i nhi t trong bó nhiên li u, k t qu này ti p t     c s d ng làm d li u    

u vào cho tính toán v t lý b  vòng l p ti p theo  

iv c th c hi u ki n h   i t c thõa mãn









- c nhi u nhóm nghiên c u trên th gi i tính toán l    i

và ki m tra k t qu  t qu   tin c y cao và là 

 

-

0.600.640.680.720.760.80

17

 i v i lò nhic gi i h n thì có hi  trình làm cht do quá trình khu  s nhân tr thành:     (3)

F a

F a a

F

a

f

2 2

2 2

2 1

18

2 2

ij ij

n ij ij

j

i

w e X m

m p p

19

rj ir i

Q nj

ij

k

k

i k

nj ij kj rj

ir i r

r i

n ij ij ij

n ij ij

ij

i

q r T

T

s

C

h h w q

P h

w

e

h m h m X h

h h

t

A

' )

(

) (

' ''

) (

1 ) (

) (

''

*

* 1 1

'(

2

1

cos)

(

''

')

(

* 1

2

1

* 1

nj i

k

ij kj j T i

ij ij ij h

ij j i ij

ij

i

c

i k

kj kj ik j ij ij ij ij

n ij

ij

j

UUwXfA

mmKvD

Xf

XgAP

P

A

g

UweXUmUmm

21

Chương 3 Xây d ng mô hình tính toán k t h ự ế ợ p V t lý Th y nhi t ậ – ủ ệ

3.1. Mô tả các chương trình tính toán

- c kinh b i nhi u nhóm nghiên c u l n trên th gi     i,

u công b trên các t p chí khoa h c uy tín s d    tính toán này

22



      song

3.1.2 Chương trình tính toán COBRA EN

-        (Electric Power Research Institute          

 (Simplified Boiling Water Reactor   và AP600

 trong các phân



              

-

23

- S d thích h p cho các tính toán kênh ch  t t i nhi t trong mô hình bó nhiên li u  

- c s  d ng b i m t s nhóm nghiên c u trên th gi  ng công

Các th  n hình hc ca mô hình

- Các th  n thông s công su t c a các thanh hay bó nhiên li u    

- Các th    n các thông s  thy nhi t c a mô hình (áp su t, nhi    

24

                 COBRA-EN

Hình 4 : Mô hình hóa trong chương trình tính toán COBRA EN

-B ng 1 Mả : ột số đặc trưng của thanh nhiên li u và kênh chệ ất tải nhi t ệ

25

 

-

- Phân b nhi   cht ti nhit

- Phân b void fraction (ph t ti nhi t)

-3.2 Mô hình bó nhiên li u lò phệ ản ứng VVER-1000

là h p kim Zr-Nb M   h ng v thành ph n trong nhiên li u và các v   t li u c Bảng 2

Các thanh nhiên li u UO 2 làm giàu 3.7 wt% 235U, các thanh nhiên li u U- Gd

 làm giàu 3.6 wt% 235U và ch a 4.0 wt% Gd 2O3 V b c các thanh nhiên li u và   các ng du khi n, thanh trung tâm s d ng v t li u là h p kim Zr-Nb M t       

  h ng v thành ph n trong nhiên li u và các v t li u c     

ra trong B ng 3ả



Hình 7

                (neutron histories)       

33

hi-EN s d ng các d u v    li  a kênh cht

t i nhi t (di n tích kênh ch t t i nhi t, chu vi kênh ch t t i nhi        

và ma các kênh cht ti nhit li n k

-c mô hình



- M  công su t các thanh (nhiên li u và các thanh c u trúc): Trong th này    

chi u cao c a m i l p (bó nhiên li    c chia thành 10 lu nhau theo chi u cao) M công su t t i m i thanh nhiên li   c tính toán t m t

 công su t trung bình c a bó nhiên li u và phân b công su t c a bó nhiên      liu

- M i liên k t gi a các kênh ch t t    i nhit li n k : Trong th này c n khai báo m  i liên h gi a các kênh ch t i nhi t li n k v  t     t này là:

S kênh, chu vi ph n ti p xúc gi a các kênh và kho ng cách gi a tâm c a 2       kênh cht ti nhi  t li n k

34

- ng nhi t m i kênh ch t t i nhi t nh      c t các thanh nhiên li u: Trong th này cng nhi t mà m i kênh ch t t i nhi t nh      c t thanh nhiên li u N u kênh ch t t i nhi t hoàn toàn bao quanh thanh nhiên li u thì      

ng nhi t mà kênh này nh  c t thanh nhiên li u là 1.0 

-

- Phân b nhi   cht ti nhit

- Phân b nhi   nhiên li u 

-   s t áp

- Pht ti nhi t ( Void fraction)



 - -1000 Quá 

n lý 

 trong Hình 9

37 Hình 9: Lưu đồ thu t toán tính toán kậ ết hợp vật lý – thủy nhi tệ



S



- Bướ c 1: Khi ch t h p vt

lý MCNP5 nh  t qu phân b công su t 3 chi u trong toàn bó nhiên    li u c này s d u kiu là nhich t t i nhing u trong toàn bó nhiên li u (575K) K t qu phân b công su t 3 chi      c

40

 i kh     li u tiên

- Bướ c 2: Thu nh n d u phân b công su t trong toàn bó nhiên li u, d a vào m li     t

 công su t c a bó nhiên li   tính ra m công su t c a các thanh nhiên li u   theo chi u cao T k t qu m     công su t 3 chi u trong bó nhiên li  c,

khi ty nhi t COBRA-EN v u kin nhi  cht ti nhi  u vào là 564K

- Bướ c 3: Chy nhi t COBRA- t qu phân 

b nhi  và mch t t i nhi t theo chi  i v i mi kênh ch t t i nhi t   trong mô hình

- Bướ c 4: Thu nh n d u phân b m li  ch t t i nhi t 3  chiu và s d ng d u   linày t

- Bướ c 5: Chc phân b công su t 3 chi u D    liu phân b công su i kh

s cho phép ti p t c vòng l p ti p theo c      c l i trong

ng h p giá tr sai khác này nh     t ra, khnày s cho phép k t thúc vòng l  t qu

41

Chương 4 Các kế t qu tính toán ả

4.1 Tính toán benchmark với chương trình MCNP5

                benchmark 



-1000

         toán benchmark [1]



 3

trình tính toán khác [1]  Bảng 4  cho bó 

Hình 10

B ng ả 4: Kết quả ệ ố h s nhân vô h n tạ ại trạng thái S2 (Hot Full Power) [1]

42

Hình 10: Phân b công su t trong bó nhiên li u lò ph n ng VVER-1000ố ấ ệ ả ứ(a: Kết quả tính toán với chương trình MCNP5; b: Kết quả tính toán với chương trình MCNP4B)

43

4.2 Các kết quả tính toán kết hợp Vật lý – Thủy nhi ệt.

4.2.1 Phân bố công su t trong bó nhiên li u.ấ ệ



44 Hình 11: Phân bố công su t theo chi u bán kính bó nhiên li u lò VVER-1000 ấ ề ệ(a: Tính toán với mô hình tính toán kết hợp; b: Tính toán không sử dụng mô hình tính toán kết hợp)

0.177 0.346 0.0011 0.62 0.0008 0.659 0.0008 0.655 0.0008 0.669 0.0008 0.662 0.0008 0.531 0.763 0.0007 1.26 0.0005 1.305 0.0005 1.301 0.0005 1.331 0.0005 1.309 0.0005 0.885 1.115 0.0006 1.629 0.0005 1.651 0.0005 1.641 0.0005 1.672 0.0005 1.658 0.0005 1.239 1.357 0.0005 1.697 0.0005 1.677 0.0005 1.671 0.0005 1.685 0.0005 1.682 0.0005 1.593 1.472 0.0005 1.518 0.0005 1.48 0.0005 1.484 0.0005 1.478 0.0005 1.48 0.0005 1.947 1.469 0.0005 1.232 0.0006 1.19 0.0006 1.195 0.0006 1.173 0.0006 1.189 0.0006 2.301 1.326 0.0005 0.912 0.0006 0.895 0.0007 0.898 0.0007 0.873 0.0007 0.885 0.0007 2.655 1.075 0.0006 0.612 0.0008 0.614 0.0008 0.617 0.0008 0.6 0.0008 0.609 0.0008

3.009 0.735 0.0007 0.364 0.0010 0.368 0.0010 0.373 0.0010 0.36 0.0010 0.367 0.0010 3.363 0.341 0.0011 0.156 0.0016 0.16 0.0016 0.164 0.0016 0.158 0.0016 0.159 0.0016