Nghiên cứu hiện tượng chuyển pha trong vùng hoạt lò phản ứng hạt nhân (TT)

1 Mở đầu Hệ số pha (tỷ phần rỗng) đóng vai trò quan trọng mô hình dòng hai pha thang tỷ lệ mô phận nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) Trong chương trình CTF hệ số pha tính toán giải phương trình bảo toàn Sau đó, chế độ dòng chảy xác định dựa hệ số pha Chẳng hạn, chế độ dòng xác định dựa giá trị hệ số pha mô hình tường thông thường minh họa hình 2.8 luận án Bản đồ chế độ dòng mô hình tường gia nhiệt thông thường gồm:  Chế độ bong bóng nhỏ xác định hệ số pha nhỏ 0.2  Chuyển tiếp bong bóng nhỏ-sang túi xác định hệ số pha khoảng (0.2, 0.5)  Chế độ khuấy/rối xác định hệ số pha khoảng (0.5 αcrit)  Chế độ xuyến/sương mù xác định hệ số pha lớn αcrit Khi đó, với chế độ dòng riêng biệt mô hình tường gia nhiệt thông tường, diện tích mặt phân cách, lực cản mặt phân cách hệ số truyền nhiệt qua mặt phân cách xác định khác Hình 2.8 Bản đồ chế độ dòng chương trình CTF với mô hình tường thông thường (nguồn [38]) 1.1 Mục tiêu luận án Nghiên cứu hệ số pha kênh tải nhiệt vấn đề quan trọng phân tích an toàn thủy nhiệt, tiến hành với nhiều thực nghiệm chương trình mô Do dựa tư liệu đề tài cấp nhà nước (mã số ĐTĐL.2011-G/82), nội dung nghiên cứu luận án đặt dự đoán hệ số pha kênh nóng vùng hoạt lò phản ứng VVER-1000/V392 sử dụng phương pháp tiếp cận ước lượng tốt Trong trường hợp chương trình liên kết hai thang tỷ lệ mô RELAP-3D MARS-3D sẵn, kỹ thuật phân tích nhiều thang tỷ lệ coi cách tiếp cận ước lượng tốt nghiên cứu toán thủy nhiệt Trong luận án này, chương trình tính toán nơtron MCNP5 chương trình thủy nhiệt với thang tỷ lệ khác gồm: RELAP5, CTF CFX (Ansys CFX) sử dụng để dự đoán hệ số pha kênh nóng lò VVER-1000/V392 Luận án đặt hai nội dung nghiên cứu cụ thể sau:  Xây dựng quy trình phân tích nhiều thang tỷ lệ để dự đoán hệ số pha trình chuyển tiếp sở sử dụng chương trình máy tính: MCNP5, RELAP5 CTF;  Xem xét việc kết hợp chương trình CTF CFX nhằm nâng cao khả dự đoán hệ số pha CTF Ở đây, việc kết hợp vận dụng chương trình CTF CFX nhằm cải thiện việc dự đoán hệ số pha CTF vấn đề nghiên cứu Như thường lệ, chương trình CTF dung dự đoán hệ số pha xảy chuyển tiếp CFX sử dụng để dự đoán trạng thái dừng Có thể hy vọng chương trình CFX với thang mô nhỏ đem lại cải thiện việc dự đoán hệ số pha trạng thái dừng thời điểm cụ thể 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu Hệ số pha kênh nóng lò VVER-1000/V392 dự đoán với thang tỷ lệ khác điều kiện chuyển tiếp 40 giây kể từ bắt đầu cố LOCAs với kích thước vỡ khác 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu Do tính phức tạp dòng hai pha, phạm vi nghiên cứu giới hạn dòng hai pha kênh thẳng đứng tương ứng với chế độ dòng cụ thể bong bóng nhỏ, túi, khuấy xuyến 1.2 Bố cục luận án Luận án gồm bốn chương phần kết luận cuối Chương nêu luận giải vấn đề dẫn đến nội dung nghiên cứu luận án với vấn đề sau:  Hiện trạng phát triển điện hạt nhân giới Việt Nam;  Sơ lược an toàn hạt nhân;   Phân tích an toàn thủy nhiệt điều kiện chuyển tiếp; Tìm hiểu công nghệ lò phản ứng VVER Việt Nam liên quan đến nghiên cứu luận án;  Mục tiêu luận án;  Bố cục luận án Chương hai trình bày phương pháp luận liên quan đến phân tích nhiều thang tỷ lệ mô hình vật lý chương trình với thang tỷ lệ khác nhau, chủ yếu tập trung vào mô hình chuyển pha chương trình RELAP5, CTF CFX, cụ thể sau:  Tiếp cận nhiều thang tỷ lệ mô lò phản ứng nước nhẹ (LWR);  Chương trình hệ thống RELAP5;  Chương trình phân tích kênh CTF;  Chương trình thang tỷ lệ nhỏ (meso) CFX;  Kết luận Chương ba trình bày việc đánh giá mô hình chuyển pha chương trình nêu thực sở mô so sánh với kết thực nghiệm Các kết mô mức hệ thống so sánh với báo cáo phân tích an toàn (Dự án Belene) Việc đánh giá chương trình CTF thực qua mô thực nghiệm BM ENTEK, vốn toán chuẩn (ISP) dùng để khảo sát mô hình dòng sôi bó nhiên liệu lò phản ứng RBMK Liên Bang Nga Thang tỷ lệ nhỏ (meso) kiểm chứng với thực nghiệm PSBT đơn kênh, toán chuẩn (ISP) Như thế, chương ba gồm phần sau:  Khái quát lò phản ứng VVER-1000/V392;  Kiểm chứng mô hình mô chương trình RELAP5 lò VVER-1000/V392 sở đối chứng với báo cáo phân tích an toàn;  Kiểm tra đánh giá mô hình chuyển pha chương trình CTF thực nghiệm BM ENTEK;  Kiểm tra mô hình chuyển pha Ansys CFX với thực nghiệm PSBT cho toán đơn kênh;  Kết luận Những mục tiêu đặt luận án chương giải chương bốn theo trình tự sau:  Sơ đồ tính toán;     Tính toán phân bố công suất chương trình MCNP5; Mô cố LOCAs chương trình RELAP5; Mô chuyển tiếp cố LOCAs chương trình CTF Mô dừng thời điểm cụ thể cố LOCAs chương trình CFX;  Kết luận Tổng quan mô hình chuyển pha chương trình có thang tỷ lệ khác Chương hai trình bày nội dung sau: 2.1 Tiếp cận nhiều chương trình nhiều thang tỷ lệ mô thủy nhiệt lò PWR; 2.1.1 Các chương trình tính toán nơtron tính toán thủy nhiệt; 2.1.2 Các thang tỷ lệ khác chương trình thủy nhiệt; 2.1.3 Các phương pháp tiếp cận mô thủy nhiệt khác ; 2.2 Mô hình chuyển pha chương trình hệ thống RELAP5; 2.3 Mô hình chuyển pha chương trình phân tích kênh CTF; 2.3.1 Hóa ngưng tụ chuyển pha nhiệt ; 2.3.2 Hóa ngưng tụ pha trộn rối trượt hệ số pha hơi; 2.4 Các mô hình chuyển pha chương trình thang tỷ lệ nhỏ (meso) CFX; 2.4.1 Hóa tường; 2.4.2 Ngưng tụ khối chất lỏng; 2.5 Kết luận Một cách tóm tắt, chương nêu việc vận dụng nhiều chương trình nhiều thang tỷ lệ mô lò PWR, đặc biệt việc dự đoán hệ số pha Các mô hình chuyển pha chương trình vận dụng luận án gồm RELAP5, CTF CFX trình bày cách vắn tắt Kiểm tra đánh giá mô hình chuyển pha mô số Chương ba trình bày nghiên cứu luận án kiểm tra đánh giá mô hình chuyển pha mô số với thang tỷ lệ khác nhau, cụ thể chương trình RELAP5 mô toàn hệ thống lò VVER-1000/V392, chương trình CTF mô thực nghiệm ENTEK BM chương trình CFX mô thực nghiệm PSBT toán đơn kênh Trên cở sở đó, tiến hành việc đánh giá độ xác dự đoán hệ số pha chương trình thực nghiệm PSBT Một cách tóm tắt, kết khoa học đạt chương sau: 3.1 Kiểm tra mô hình mô RELAP5 lò VVER1000/V392 sở so sánh với báo cáo phân tích an toàn Mục đích phần nhằm kiểm tra mô hình mô chương trình RELAP5 xây dựng luận án lò VVER1000/V392 Do đó, kết so sánh với báo cáo phân tích an toàn kịch cố LOCAs Việc so sánh thể kết trạng thái dừng, thời điểm xảy kiện trình chuyển tiếp biểu nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu 3.2.2 Kiểm tra mô trạng thái dừng Các kết cho thấy, tính toán cho trạng thái dừng phù hợp với giá trị thiết kế giá trị báo cáo phân tích an toàn [35] thể sai số giá trị nằm khoảng 4% Bảng 3.2 So sánh trạng thái dừng mô lò VVER-1000/V392 Tham số Đơn vị Công suất nhiệt lò phản ứng Áp suất lối lò Nhiệt độ lối vào lò Nhiệt độ lối lò Mực nước bình điều áp (PRZ) Áp suất lối vào bình sinh (SG) – bên hệ sơ cấp Lưu lượng lối vào lò Mực nước tổng bình sinh (SGs) Nhiệt độ nước cấp Nhiệt độ cực đại nhiên liệu Áp suất lối bình sinh (SGs), hệ thứ cấp Độ lệch (Phần trăm) 4.00% 0.64% 0.42% 0.40% 0.12% 0.70% MW MPa o K o K M MPa Giá trị thiết kế 3000 15.7 ± 564.15+2-5 594.15±5 8.17 15.64 ± 0.3 Kết SAR [33] 3120 16.0 566.15 599.15 8.17 15.94 Kết luận án 3120 15.8 561.8 591.8 8.18 15.75 m3/h M 86000+2600 2.7 ± 0.05 82200 2.65 86029 2.63 0.03% 2.59% o 493.15± 2078.15 6.27 ± 0.1 498.15 2189.15 6.37 493.15 1843.14 6.27 0.00% 0.84% 0.00% K K MPa o 3.2.3 Kiểm tra thông qua kịch cố  Các kết so sánh dãy kiện kiện số trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4 Dãy kiện số theo SAR [35] luận án Thời điểm, s 0.00 Kết SAR Vỡ đôi đường ống lối vào lò toàn điện lưới: - Khởi động Diesel (DGs) hệ thống an toàn tình Thời điểm, s 0.00 Kết luận án Sai số Vỡ đôi đường ống lối vào lò toàn điện lưới: - Khởi động Diesel (DGs) hệ thống an toàn tình (hỏng máy DG DG 0.03 0.04 1.90 7.00 17.0 30.0 40.00 60.00 63.00 117.00 500.00  (hỏng máy DG DG khác tình trạng bảo dưỡng) - Dừng toàn hệ thống vận ành bình thường; Xuất tín hiệu dập lò áp suất phía vùng hoạt 14.70 MPa Ngưỡng khởi động bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) đạt đến Xuất tín hiệu dập lò Bắt đầu phun nước vào vùng hoạt từ hệ tích nước HA-1 Mở van hệ tích nước HA-2 kết nối tới vùng hoạt áp suất xuống 1.50 MPa Kết nối tới hệ tải nhiệt dư thụ động (SG PHRS) SG 1, Bắt đầu phun nước từ bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) Các hệ tải nhiệt dư thụ động SG 1, PHRS hoạt động đủ công suất Kết thúc phun từ bể tích nước HA-1vào vùng hoạt Bắt đầu cấp nước từ bể HA-2 Kết thúc tính toán khác tình trạng bảo dưỡng) - Dừng toàn hệ thống vận ành bình thường; 0.08 Xuất tín hiệu dập lò áp suất phía vùng hoạt 14.70 MPa 0.05 0.03 Ngưỡng khởi động bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) đạt đến Xuất tín hiệu dập lò Bắt đầu phun nước vào vùng hoạt từ hệ tích nước HA-1 Mở van hệ tích nước HA-2 kết nối tới vùng hoạt áp suất xuống 1.50 MPa Kết nối tới hệ tải nhiệt dư thụ động (SG PHRS) SG 1, Bắt đầu phun nước từ bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) Các hệ tải nhiệt dư thụ động SG 1, PHRS hoạt động đủ công suất 0.01 1.90 6.00 15.00 30.00 40.00 75.00 63.00 115.00 500.00 Kết thúc phun từ bể tích nước HA1vào vùng hoạt Bắt đầu cấp nước từ bể HA-2 Kết thúc tính toán So sánh nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu (PCT) (a) (b) Hình 3.4 (a) Nhiệt độ đỉnh vỏ bọc tính toán luận án, (b) Nhiệt độ đỉnh vỏ bọc từ SAR 0 15 Hình 3.4 cho thấy kết luận án tương tự với kết SAR so sánh nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu thời gian làm mát vỏ bọc Do vậy, mô hình mô luận án phù hợp với mô hình tham chiếu SAR 3.3 Kiểm tra đánh giá mô hình CTF với thục nghiệm BM ENTEK  Kết phân bố hệ số pha dọc theo kênh Bảng 3.6 bảng 3.7 trình bày kết tính toán phân bố hệ số pha so sánh với thực nghiệm dọc theo kênh Bảng 3.8 trình bày sai số phân bố hệ số pha tính toán thực nghiệm Kết cho thấy, dự đoán phân bố hệ số pha tính CTF trường hợp phù hợp với phân bố thực nghiệm với sai số tuyệt đối 0.03 Độ lệch lớn (cỡ 0.1) xảy hai vị trí thí nghiệm T04 T08 Đặc biệt, năm thí nghiệm thực áp suất MPa (T17, T18, T22, T24 and T25), kết tính toán phân bố hệ số pha phù hợp với tực nghiệm với sai số tuyệt đối nhỏ 0.03 dọc theo kênh Bảng 3.6 Tính toán phân bố pha cho trường hợp so sánh với thực nghiệm áp suất 3MPa Z 0.385 0.948 1.573 2.322 2.947 4.01 4.823 5.448 6.135 6.76 T01x 0 0 0 0.027 0.178 0.493 0.635 T01c 0 0 0 0.003 0.155 0.591 0.706 T04x 0.006 0.015 0.002 0.002 0.043 0.136 0.299 0.472 T04c 0 0 0 0.022 0.157 0.459 0.584 T08x 0.003 0.01 0.001 0 0.206 0.621 0.756 0.83 0.86 T08c 0 0 0.088 0.574 0.759 0.842 0.877 T10x 0.001 0.006 0.006 0.165 0.398 0.541 0.652 0.74 T10c 0 0 0.067 0.342 0.608 0.723 0.771 T14x 0.002 0.001 0 0.24 0.484 0.594 0.646 0.718 T14c 0 0 0.183 0.441 0.588 0.673 0.714 (x = Thực nghiệm, c= Tính toán) Bảng 3.7 Tính toán phân bố pha cho trường hợp so sánh với thực nghiệm áp suất 7MPa Z 0.385 0.948 1.573 2.322 2.947 4.01 4.823 T17x 0.004 0.006 0.009 0.002 0.017 T17c 0 0 0 T18x 0.003 0.009 0.089 0.275 0.405 T18c 0 0 0.005 0.179 0.381 T22x 0.001 0.018 0.015 0.085 0.22 0.446 0.579 T22c 0 0.03 0.134 0.496 0.616 T24x 0 0 0.1027 0.2814 T24c 0 0 0.076 0.25 T25x T25c 0 0 0 0.1548 0 0 0.001 0.123 5.448 6.135 6.76 0.033 0.079 0.194 0.056 0.17 0.485 0.553 0.612 0.503 0.585 0.628 0.654 0.733 0.79 0.694 0.75 0.781 0.3973 0.4834 0.5585 0.406 0.512 0.564 0.4021 0.5178 0.6398 0.364 0.591 0.67 Bảng 3.8 Sai số kết tính toán thực nghiệm phân bố hệ số pha Z D(T01)* Heat mode D(T04) Heat mode D(T08) Heat mode D(T10) Heat mode D(T14) Heat mode 0.385 spl spl -0.003 spl spl -0.002 spl 0.948 spl -0.006 spl -0.01 spl -0.001 spl -0.001 spl 1.573 spl -0.015 spl -0.001 spl -0.006 spl spl 2.322 spl spl spl spl subc 2.947 spl -0.002 spl spl -0.006 spl subc 4.01 spl -0.002 subc -0.118 subc -0.098 subc -0.057 nucb 4.823 -0.024 subc -0.021 subc -0.047 nucb -0.056 nucb -0.043 nucb 5.448 -0.023 subc 0.021 nucb 0.003 nucb 0.067 nucb -0.006 nucb 6.135 0.098 nucb 0.16 nucb 0.012 nucb 0.071 nucb 0.027 nucb 6.76 0.071 nucb 0.112 nucb 0.017 nucb 0.031 nucb -0.004 nucb D(T017) Heat mode D(T18) Heat mode D(T22) Heat mode D(T24) D(T25) Heat mode Z Heat mode 0.385 spl spl -0.001 spl spl spl 0.948 -0.004 spl -0.003 spl -0.018 spl spl spl 1.573 -0.006 spl spl -0.015 subc spl spl 2.322 spl -0.009 subc -0.055 subc subc spl 2.947 -0.009 spl -0.084 subc -0.086 nucb subc spl 4.01 -0.002 0.05 nucb nucb 0.001 subc 4.823 -0.017 0.037 nucb 5.448 -0.033 0.04 nucb 0.0087 nucb 6.135 -0.023 subc 0.032 nucb 0.017 nucb 0.0286 nucb 0.0732 nucb 6.76 -0.024 nucb 0.016 nucb -0.009 nucb 0.0055 nucb 0.0302 nucb spl subc subc -0.096 -0.024 0.018 nucb nucb nucb 0.0267 0.0314 nucb 0.0318 0.0381 D (T01) = (T01C-T01X), c = tính toán, x = thực nghiệm subc nucb Nhận thấy chương trình CTF có xu hướng dự đoán thấp thực nghiệm hệ số pha nhỏ 0.2 tương ứng đồ dòng chảy bong bóng nhỏ Tại vị trí gần lối kênh, mà giá trị thực nghiệm lớn 0.2 tương ứng với miền sôi bão hòa, chương trình CTF lại có xu dự đoán cao thực nghiệm Như vậy, mô hình sôi CTF cần cải thiện cho chế độ sôi bão hòa sôi bão hòa cho hệ số pha sinh phù hợp thực nghiệm 3.4 Kiểm tra mô hình CFX thí nghiệm PSBT đơn kênh 3.4.6 Độ xác kết mô CFX so sánh với thực nghiệm PSBT đơn kênh Kết cho thấy với hiệu chỉnh số Nusselt theo Ranz Marshall, CFX cho kết dự đoán pha ứng với chế độ dòng bong bóng nhỏ chế độ truyền nhiệt nhiệt độ ngưng tốt CTF Bảng 3.24 So sánh kết tính toán CFX CTF thực nghiệm đo hệ số pha Run No Pressure (kg/cm2) Mass Flux (106kg/m2h) Power (kW) Inlet Temp (oC) Exp Void CFX CTF heat Mode 1.2231 150.2 10.87 60.0 299.3 0.013 0.012 0.001 subc 1.2211 150.1 10.91 90.0 295.4 0.038 0.075 0.074 subc 1.4321 100.5 5.01 59.9 209.3 0.045 0.008 0.005 subc 1.4323 100.5 5.03 59.9 229.2 0.047 0.062 0.085 subc 1.5221 75.5 5.02 49.9 219.2 0.047 0.062 0.086 subc 1.2221 150.1 10.88 69.8 299.4 0.048 0.039 0.004 subc 1.2421 150.2 5.02 59.8 268.9 0.053 0.072 0.047 subc 1.3221 125.0 11.10 59.9 294.4 0.053 0.085 0.054 subc 1.2233 150.2 10.89 59.9 309.6 0.060 0.078 0.025 subc 1.2121 150.1 14.80 79.9 309.5 0.063 0.075 0.028 subc 1.6221 50.5 5.01 50.0 189.2 0.075 0.049 0.103 subc 1.2212 150.1 10.88 90.0 299.4 0.079 0.103 0.109 subc 1.2234 150.1 10.92 60.1 314.6 0.080 0.125 0.077 subc D(CFX)* D(CTF) -0.001 -0.012 0.037 0.036 -0.037 -0.040 0.015 0.038 0.015 0.039 -0.009 -0.044 0.019 -0.006 0.032 0.001 0.018 -0.035 0.012 -0.035 -0.026 0.028 0.024 0.030 0.045 -0.003 1.1221 169.1 10.95 49.9 329.7 0.087 0.109 0.032 subc 1.4121 100.1 10.97 69.9 274.1 0.097 0.118 0.134 subc 1.1222 169.1 10.98 50.0 334.7 0.142 0.168 0.094 subc 1.4411 100.4 1.99 19.9 253.7 0.152 0.183 0.167 subc 1.4324 100.1 5.02 60.1 238.9 0.157 0.145 0.197 subc 1.2422 150.1 5.00 60.0 284.1 0.182 0.194 0.198 subc 0.022 -0.055 0.021 0.037 0.026 -0.048 0.031 0.015 -0.012 0.040 0.012 0.016 Kết cho thấy với hiệu chỉnh số Nusselt theo Warierr với áp suất nhỏ 122 bar chế dòng chuyển tiếp sang bong bóng lớn tương ứng với chế độ truyền nhiệt sôi bão hòa CFX thường cho dự đoán CTF cho dự đoán thực nghiệm bảng 3.25 Table 3.25 So sánh kết CFX CTF với thực nghiệm miền sôi bão hòa Run No Pressure (kg/cm2) Mass Flux (106kg/m2h) Power (kW) Inlet Temp (oC) Exp Void CFX CTF heat Mode D(CFX)* D(CTF) 1.5222 75.0 5.00 50.0 243.9 0.411 0.429 0.452 nucb 0.018 0.041 1.4412 100.2 5.03 79.8 248.9 0.504 0.605 0.584 nucb 0.101 0.080 1.4326 100.1 5.02 60.1 268.8 0.531 0.483 0.555 nucb -0.048 0.024 1.4312 100.2 5.03 79.8 248.9 0.566 0.457 0.588 nucb -0.109 0.022 1.4122 99.8 10.90 69.8 304.5 0.636 0.388 0.592 nucb -0.248 -0.044 1.5223 75.6 5.03 49.9 263.8 0.647 0.568 0.637 nucb -0.079 -0.010 1.6312 50.6 1.96 20.1 238.9 0.680 0.763 0.716 nucb 0.083 0.036 1.4327 100.1 4.96 59.9 289.0 0.688 0.591 0.689 nucb -0.097 0.001 1.6212 50.4 5.00 79.8 199.3 0.711 0.529 0.717 nucb -0.182 0.006 1.6223 50.5 5.03 49.9 239.0 0.718 0.609 0.72 nucb -0.109 0.002 3.4.8 Nâng cao dự đoán hệ số pha CFX miền sôi bão hòa Bảng 3.28 hệ số pha độ nhiệt (chênh lệch nhiệt tường nhiệt bão hòa) trước sau hiệu chỉnh thể cột tương ứng “Void”, “Tsup” and “Void*”, “Tsup*”được tính toán bới CFX với hiệu chỉnh số Nusselt theo Kim Park 10 Table 3.28 Hệ số pha độ nhiệt trước sau hiệu chỉnh Run Void Tsup Scaling 43.28 Exp Void 0.531 DeltaT * (K) 1.2 Void* 1.4 MA F 0.65 1.4326 0.428 1.4312 D(CFX) 0.544 Tsup* (K) 28.5 -0.103 D(CFX) * 0.013 0.404 62.57 0.566 1.4 0.75 2.4 0.559 48.66 -0.163 -0.007 1.4122 0.411 1.5223 0.526 37.23 0.636 1.4 39.21 0.647 1.4 0.9 2.9 0.584 21.51 -0.226 -0.052 0.6 3.0 0.638 19.95 -0.121 -0.009 1.4327 0.567 43.49 0.688 1.4 0.8 1.0 0.721 17.76 -0.121 0.033 1.6223 0.714 35.21 0.718 1.4 0.82 3.2 0.737 27.97 -0.004 0.019 *D (CFX) = (Void – Exp Void), D (CFX) = (Void* - Exp Void) Kết luận Việc kiểm tra đánh giá mô hình chuyển pha chương đưa kết luận sau: - Chương trình hệ thống RELAP5 với khả mô toàn hệ thống gắn với việc tải nhiệt từ vùng hoạt tới môi trường tản nhiệt cuối tiến hành với lò VVER-1000/V392 hệ thống an toàn liên quan Với mục tiêu kiểm tra mô hình mô luận án chương trình RELAP5, kịch cố chất tải nhiệt vỡ lớn (LBLOCA) tài liệu đáng tin cậy báo cáo phân tích an toàn dự án điện hạt nhân Belene (Bulgaria) sử dụng để đối chứng với kết mô Dựa yếu tố: (a) độ lệch thời điểm xảy kiện chuỗi kiện trình bày Bảng 10 tối đa 15 giây; (b) Biểu nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu (PCT) khoảng 300 giây nhỏ 1200 oC thời gian làm mát hạ nhiệt vỏ bọc khoảng 280 giây minh họa Hình 3.4, kết cho thấy mô luận án phù hợp tốt với kết trình bày báo cáo phân tích an toàn (SAR) - Đối với dự đoán hệ số pha vùng hoạt ứng với đường kính tương đương lớn kênh chương trình hệ thống RELAP5 chưa thể công cụ phù hợp Điều xuất phát từ hai lý do: (a) RELAP5 chương trình mô chiều (1D), kênh trung bình kênh nóng vùng hoạt mô hình hóa dạng ống có thay đổi hình học dòng chảy so với thực tế dẫn đến đồ chế độ dòng thay đổi so với thực tế; (b) mô hình 11 chuyển pha gần tường trình bày công thức (2.6) (2.7) phụ thuộc vào nhiệt độ gần tường - Các mô hình sôi CTF có xu dự đoán thấp miền sôi nhiệt độ ngưng hệ số pha nhỏ 0.2 có xu dự đoán cao miền sôi bão hòa hệ số pha lớn 0.2 Với thí nghiệm ENTEK BM, kết dự đoán phân bố hệ số pha đưa CTF so với thực nghiệm xác hầu hết trường hợp khoảng sai số phép đo (0.03) độ lệch lớn CTF thực nghiệm 0.1 lối kênh dẫn xảy vài vị trí - CFX đưa dự đoán pha tốt miền sôi nhiệt độ ngưng hệ số pha nhỏ 0.2 với sai số 0.03 tương ứng với độ lệch (1σ) Vì dải hệ số pha nhỏ 0.2 miền sôi nhiệt độ ngưng, nên sử dụng kết dự đoán hệ số pha CFX thay cho CTF - Đối với miền sôi bão hòa ứng với chế dòng chyển tiếp sang bong bóng lớn, CTF thường cho dự đoán CFX thường cho dự đoán thực nghiệm Do đường dự đoán CFX CTF biên biên dọc theo kênh dự đoán hệ số pha - Việc cải tiến dự đoán hệ số pha cỉa CFX miền sôi bão hòa tỷ lệ hóa đường kính bong bóng hệ số tỷ phần cực đại cho tương xem tiếp cận để cải tiến mô hình sôi RPI miền sôi bão hòa Dự đoán hệ số pha kênh nóng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000/V392 4.2 Tính toán phân bố công suất vùng hoạt chương trình MCNP5 Các kết tính toán dựa mô toàn hình học vùng hoạt với số nơtron lịch sử 2.107 (sai số tương đối keff 14x10-5) Tỷ lệ phân bố công suất bó 1/6 vùng hoạt đưa hình 4.5 Bó nhiên liệu nóng có mã 30A9P với tỷ lệ công suất tương ứng 1.72 Tỷ số phù hợp với giả định phân bố công suất nằm dải (1.6 , 1.8) đề cập tài liệu [34] 12 Hình 4.5 Tỷ lệ phân bố công suất 1/6 vùng hoạt Hình 4.6 cho thấy phân bố công suất theo chiều dọc vùng hoạt với hệ số đỉnh 1.52 phù hợp với phân bố công suất chu trình nhiên liệu [34] Hình 4.6 Phân bố công suất theo chiều cao kênh nóng Để thiết lập mô hình CTF, cần có phân bố công suất nhiên liệu bó kết tính toán đưa từ chương trình MCNP5 Hình 4.7 đưa phân bố công suất cho hệ số công suất nóng 1.374 13 Hình 4.7 Phân bố công suất nhiên liệu bó nóng 4.4.1 Dự đoán hệ số pha kênh nóng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000/V392 RELAP5 CTF Bảng 4.2 Các trường hợp nghiên cứu dự đoán hệ số pha Trường hợp Mô tả LB01001 LB01002 SB01003 SB01004 LOCA lớn cộng với SBO-1 LOCA lớn cộng với SBO-2 LOCA nhỏ cộng với SBO-1 LOCA nhỏ cộng với SBO-2 Diện tích vết vỡ (m2) 0.11 0.095 0.07 0.05 Đường kính tương đương (m) 0.374 0.348 0.298 0.252 Vị trí vết vỡ Chân lạnh Chân lạnh Chân lạnh Chân lạnh 14 (LB01001) (LB01002) (SB01003) (SB01004) Hình 4.13 Dự đoán hệ số pha CTF RELAP5 cho LOCA+SBO  Độ xác cho mô hình dự đoán pha - Mô hình hóa hình học dòng chảy Mô hình dòng chảy RELAP5 1D, dòng chảy qua kênh nóng 312 nhiên liệu mô giống dòng chảy ống với đường kính tương đương 0.02538 m2 trình bày bảng 2.8 Sự biến đổi hình học dòng chảy RELAP5 nguyên nhân dẫn đến sai khác chế độ dòng so với dòng chảy thực Điều ảnh hướng tới độ xác dự đoán hệ số pha Thêm mô hình CTF mô hình dòng chảy 3D minh họa hình 4.2 với P=12.75 mm D=9.1 mm Do hình học thang tỷ lệ CTF mô xác - Xác định nhiệt độ chất lỏng gần tường Với mô hình RELAP5, nhiệt độ lấy nhiệt độ trung bình bên thể tích kiểm soát Vì vậy, nhiệt độ chất lỏng gần tường giống nhiệt độ trung tâm dòng chảy Ví dụ, với diện tích dòng chảy 0.02538 m2 khoảng cách từ tâm dòng chảy đến tường gia nhiệt cm Với mô hình CTF với dòng chảy hình học kênh hình 4.2, khoảng cách từ tâm dòng chảy đến tường 0.275 cm Có thể thấy mô hình vật lý cho biến đổi pha RELAP5 CTF trình bày công thức 2.6), (2.7) (2.8), (2.17), phụ thuộc vào enthalpy (nhiệt độ) chất lỏng gần 15 tường, CTF đưa enthalpy chất lỏng gần tường tốt RELAP5 nên kết tính toán chuyển pha xác Bên cạnh đó, biến đổi hình học RELAP5 nên chế độ dòng chảy CTF đáng tin cậy Dựa lập luận kết dự đoán hệ số pha CTF với áp suất MPa đến 7MPa hệ thực nghiệm ENTEK BM với độ xác chấp nhận [33], từ kết luận CTF đưa kết dự đoán hệ số pha tốt RELAP5 4.5 Dự đoán hệ số pha cho đơn kênh chương trình CFX Xác định trường hợp SB01003-09-37 dựa việc lấy trường hơp (SB01003) từ bảng 4.2 thời điểm 09 s từ chuyển tiếp kênh 37 hình 4.11 Hình 4.11 mặt cắt ngang 1/12 bó nhiên liệu mô hình hóa tròn CTF Dựa kết luận chương 3, kết dự đoán hệ số pha CFX thay cho CTF trường hợp hệ số pha nhỏ 0.2 Đối với miền sôi bão hòa ứng với chế độ dòng chuyển tiếp sang bong bóng lớn coi kết CTF CFX đường biên dự đoán Bảng 4.7Dự đoán hệ số pha CTF CFX lối kênh dẫn (z = 3.48m) Trường hợp SB01003-09-37 SB01003-14-34 SB01003-16-15 SB01003-16-30 CTF (bó) 0.429 0.173 0.062 0.146 CTF (kênh đơn) 0.444 0.152 0.094 0.101 CFX 0.4064 0.1964 0.1319 0.1371 16 SB01003-20-15 LB01002-15-30 LB01002-20-18 LB01002-20-20 LB01002-30-30 0.153 0.395 0.424 0.442 0.609 0.200 0.361 0.356 0.438 0.640 0.2195 0.3200 0.2979 0.3954 0.6433 Hình 4.18 Dự đoán hệ số pha dọc theo kênh CTF CFX 4.6 Dự đoán hệ số pha cho bó CFX Theo kết luận mục 3.5 chương 3, kết CTF chế độ dòng bong bóng nhỏ ứng với truyền nhiệt nhiệt độ ngưng nên thay kết CFX miền sôi bão hòa kết dự đoán CTF CFX xem đường dự đoán Để minh họa điều cần lựa chọn miền tính toán nhiệt độ ngưng bão hòa bảng 4.8 4.9 Bảng 4.8 Miền sôi nhiệt độ ngưng cho khảo sát CFX Sub cooled selected region Inlet (m) Outlet (m) Inlet void Inlet Pressure Mass flow Power (kW) Inlet temp 17 (bar) (kg/s) (oC) 0.0 101.712 3.86 438.944 300.486 LB01001-06 0.926 1.647 LB01002-07 1.236 1.956 0.0 106.812 4.94 416.674 301.539 SB01003-14 2.265 2.986 0.018 89.841 3.9 94.057 300.396 SB01004-30 1.544 2.265 0.0 75.489 2.64 52.142 287.685 Table 4.9 Miền bão hòa cho khảo sát CFX Saturated selected region Inlet (m) Outlet (m) Inlet void 0.707 Inlet Pressure (bar) 101.168 Mass flow (kg/s) 3.89 LB01001-06 3.089 3.53 LB01002-07 3.089 SB01003-14 SB01004-30 Power (kW) 95.701 Inlet temp (oC) 311.852 3.53 0.467 106.215 4.92 77.111 315.459 3.089 3.53 0.1 89.708 3.89 21.658 303.952 3.089 3.53 0.129 75.302 2.69 11.833 290.812 Các đồ thị bên trái hình 4.21 thể dự đoán hệ số pha CTF nên thay dự doán CFX miền sôi ngưng trường hợp LB01001-06, LB01002-07, SB0100314 SB01004-30 Các đồ thị bên phải hình 4.21 thể đường dự đoán hệ số pha cho CTF CFX Việc CTF dự đoán cao CFX trùng với nhận định mục 3.4 3.5 chương 18 Hình 4.21 Cải thiện hệ số pha CFX đồ thị bên trái đường biên biên cho dự đoán hệ số pha cho đồ thị bên phải 19 4.7 Kết luận Tóm tắt nghiên cứu thực chương này, thấy kết nghiên cứu dự đoán hệ số pha kênh nóng lò phản ứng VVER-1000/V392 nêu sau: - Thực công mô lò phản ứng VVER-V392 chương trình tính toán hệ thống RELAP5 với phân bố công suất tính chương trình tính toán MCNP5 cho chu trình nhiên liệu kiểm chứng đề cập chương ba - Chương trình CTF CFX sử dụng để dự đoán hệ số pha vùng hoạt dựa sở tham chiếu lẫn Với hệ số pha nhỏ 0.2 ứng với mô hình truyền nhiệt CTF sôi bão hòa, CTF có xu hướng dự đoán thấp trường hợp nên sử dụng kết CFX CFX đưa dự đoán tốt với sai số khoảng 0.03 - Do CTF có xu hướng dự đoán hệ số pha cao vùng sôi bão hòa, kết tính toán hệ số pha CTF CFX sử dụng làm biên biên kết thực tế Kết luận Như đề cập chương một, đối tượng luận văn khảo sát hệ số pha kênh nóng vùng hoạt lò phản ứng VVER1000/V392 Luận án nêu hai vấn đề cần giải quyết:  Xây dựng quy trình phân tích nhiều thang tỷ lệ để dự đoán hệ số pha trình chuyển tiếp sở sử dụng chương trình máy tính: MCNP5, RELAP5 CTF;  Xem xét việc kết hợp chương trình CTF CFX nhằm nâng cao khả dự đoán hệ số pha CTF Có thể thấy hai nội dung nêu giải luận văn Quy trình phân tích nhiều thang tỷ lệ hệ số pha giải chương bốn sở kiểm chứng mô hình sôi chương trình với thang tỷ lệ khác thực chương ba Việc đề xuất sử dụng chương trình tính toán CTF CFX cho phân tích thủy nhiệt đặc biệt dự đoán hệ số pha vùng hoạt vấn đề Có thể kết luận dự đoán hệ số pha vùng hoạt cải thiện trình tham chiếu lẫn hai chương trình CTF CFX CTF đưa dự đoán hệ số pha suốt trình chuyển tiếp kết thời điểm xác hóa nhờ trình tham chiếu với chương trình CFX 20 Trong vùng sôi nhiệt độ ngưng với hệ số pha nhỏ (hệ số pha nhỏ 0.2 CTF) kết CFX xác sử dụng vùng sôi bão hòa (xác định CTF với hệ số pha khoảng 0.2 đến 0.5) kết dự đoán hệ số pha CTF CFX đường biên biên dự đoán hệ số pha Có thể tóm tắt kết luận văn sau: 5.1 Phát kết đạt luận án  Đề xuất phương pháp tiếp cận ước lượng tốt dự đoán hệ số pha cách sử dụng nhiều chương trình tính toán khác nhiều thang tỷ lệ bao gồm MCNP5, RELAP5, CTF cho phân tích diễn biến hệ số pha kênh nóng vùng hoạt trình chuyển tiếp;  Trong phân tích hệ thống sử dụng chương trình RELAP5 cho lò phản ứng VVER-1000/V392, nhiệt độ gần tường xác định không xác mô bó nhiên liệu kênh nóng, mô hình chuyển pha RELAP5 không đưa kết tin cậy dự đoán hệ số pha  Từ trình kiểm chứng kết CTF với thực nghiệm ENTEK BM cho thấy rằng: CTF có xu hướng dự đoán hệ số pha thấp vùng sôi nhiệt độ ngưng với hệ số pha nhỏ 0.2 CTF có xu hướng dự đoán cao vùng sôi bão hòa tương ứng với chế độ dòng chuyển tiếp sang bong bóng lớn  Từ trình kiểm chứng với thí nghiệm PSBT đơn kênh, mô hình thiết lập cho chương trình CFX luận án đạt hội tụ với sai số tương đối (RMS) 1e-6 ổn định hệ số pha với nghiên cứu độ nhạy mô hình vật lý Đối với vùng sôi nhiệt độ ngưng ứng với chế độ dòng bong bóng nhỏ (αg < 0.2), CFX đưa dự đoán hệ số pha với sai số khoảng ±0.03  Trong vùng sôi bão hòa, mô hình sôi tường RPI CFX không phân chia xác thông lượng nhiệt thành phần: đối lưu, (quenching) hóa CFX đưa dự đoán hệ số pha thấp vùng sôi bão hòa Luận án đề xuất cách hiệu chỉnh đường kính bong bóng tách thành tỷ phần cực đại cho tượng để nâng cao độ xác CFX dự đoán hệ số pha miền bão hòa 21  Luận án quy trình áp dụng chương trình CTF CFX để dự đoán hệ số pha sau: (a) miền sôi nhiệt độ ngưng tương ứng với chế độ dòng bong bóng nhỏ sử dụng kết CFX; (b) miền sôi bão hòa đường dự đoán hệ số pha từ chương trình CTF CFX dọc theo kênh sử dụng làm biên biên để dự đoán hệ số pha vùng hoạt 5.2 Đề xuất nghiên cứu Áp dụng chương trình dạng CFD để khảo sát hệ số pha vùng hoạt đến thách thức Điều xuất phát từ tính phức tạp tượng liên quan đến sôi thiếu thực nghiệm điều kiện tương tự lò phản ứng nước áp lực (PWR) để kiểm chứng hiệu chỉnh mô hình CFD Dựa nghiên cứu luận án đề xuất số vấn đề cho nghiên cứu  Nghiên cứu cải tiến mô hình sôi tường RPI có chương trình CFX ( FLUENT) vùng sôi bão hòa Do mô hình sôi bão hòa nhiệt độ chất lỏng vị trí chí gần tường Do đó, tượng hóa (quenching) phải đóng vai trò chủ đạo  Tiến hành nhiều thí nghiệm với điều kiện tương tự lò phản ứng nước áp lực PWR để có phân bố hệ số pha sở để để kiểm chứng mô hình hóa ngưng tụ phần mềm CFX  Nghiên cứu dự đoán hệ số pha xác chương trình CFX sở trọng vào mô hình ngưng tụ chẳng hạn mô hình hiệu chỉnh số Nusselt điều kiện sôi khác 22 [...]... bên trái và các đường biên dưới và biên trên cho dự đoán hệ số pha hơi cho bởi các đồ thị bên phải 19 4.7 Kết luận Tóm tắt các nghiên cứu được thực hiện trong chương này, có thể thấy các kết quả chính nghiên cứu dự đoán hệ số pha hơi trong kênh nóng của lò phản ứng VVER-1000/V392 được nêu ra như sau: - Thực hiện thanh công mô phỏng lò phản ứng VVER-V392 bởi chương trình tính toán hệ thống RELAP5 với... trong vùng hoạt đến nay vẫn là một thách thức Điều này xuất phát từ tính phức tạp của các hiện tượng liên quan đến sôi và thiếu các thực nghiệm trong điều kiện tương tự lò phản ứng nước áp lực (PWR) để kiểm chứng và hiệu chỉnh các mô hình của CFD Dựa trên những nghiên cứu của luận án này có thể đề xuất một số vấn đề cho các nghiên cứu tiếp theo  Nghiên cứu cải tiến mô hình sôi tường RPI có trong chương... kênh nóng, khi đó mô hình chuyển pha trong RELAP5 không đưa ra kết quả tin cậy dự đoán hệ số pha hơi  Từ quá trình kiểm chứng kết quả của CTF với thực nghiệm ENTEK BM cho thấy rằng: CTF có xu hướng dự đoán hệ số pha hơi thấp hơn trong vùng sôi dưới nhiệt độ ngưng với hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 và CTF có xu hướng dự đoán cao hơn trong vùng sôi bão hòa tương ứng với chế độ dòng chuyển tiếp sang bong bóng... tỷ lệ khác được thực hiện ở chương ba Việc đề xuất sử dụng chương trình tính toán CTF và CFX cho phân tích thủy nhiệt đặc biệt là dự đoán hệ số pha hơi trong vùng hoạt là vấn đề rất mới Có thể kết luận rằng dự đoán hệ số pha hơi trong vùng hoạt được cải thiện bởi quá trình tham chiếu lẫn nhau của hai chương trình CTF và CFX CTF đưa ra dự đoán hệ số pha hơi trong suốt quá trình chuyển tiếp và kết quả... 5.1 Phát hiện mới và các kết quả đạt được của luận án  Đề xuất phương pháp tiếp cận ước lượng tốt nhất trong dự đoán hệ số pha hơi bằng cách sử dụng nhiều chương trình tính toán khác nhau và nhiều thang tỷ lệ bao gồm MCNP5, RELAP5, CTF cho phân tích diễn biến hệ số pha hơi tại kênh nóng vùng hoạt trong quá trình chuyển tiếp;  Trong phân tích hệ thống sử dụng chương trình RELAP5 cho lò phản ứng VVER-1000/V392,... phân bố công suất của mỗi bó trong 1/6 vùng hoạt được đưa ra trong hình 4.5 Bó nhiên liệu nóng nhất có mã 30A9P với tỷ lệ công suất tương ứng là 1.72 Tỷ số này là phù hợp với giả định phân bố công suất nằm trong dải (1.6 , 1.8) được đề cập trong tài liệu [34] 12 Hình 4.5 Tỷ lệ phân bố công suất trong 1/6 vùng hoạt Hình 4.6 cho thấy phân bố công suất theo chiều dọc vùng hoạt với hệ số đỉnh là 1.52 cũng... số pha hơi như sau: (a) tại miền sôi dưới nhiệt độ ngưng tương ứng với chế độ dòng bong bóng nhỏ sẽ sử dụng kết quả của CFX; (b) tại miền sôi bão hòa đường dự đoán hệ số pha hơi từ chương trình CTF và CFX dọc theo kênh được sử dụng làm biên trên và biên dưới để dự đoán hệ số pha hơi trong vùng hoạt 5.2 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo Áp dụng các chương trình dạng CFD để khảo sát hệ số pha hơi trong vùng. .. tham chiếu với chương trình CFX 20 Trong vùng sôi dưới nhiệt độ ngưng với hệ số pha hơi nhỏ (hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 trong CTF) kết quả của CFX chính xác hơn và được sử dụng và trong vùng sôi bão hòa (xác định trong CTF với hệ số pha hơi trong khoảng 0.2 đến 0.5) kết quả dự đoán hệ số pha hơi bởi CTF và CFX là đường biên trên và biên dưới đối với dự đoán hệ số pha hơi Có thể tóm tắt các kết quả chính... đường kính bong bóng và hệ số tỷ phần cực đại cho hiện tương tôi có thể xem là tiếp cận mới để cải tiến mô hình sôi RPI đối với miền sôi bão hòa 4 Dự đoán hệ số pha hơi trong kênh nóng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000/V392 4.2 Tính toán phân bố công suất trong vùng hoạt bởi chương trình MCNP5 Các kết quả tính toán dựa trên mô phỏng toàn bộ hình học vùng hoạt với số nơtron lịch sử bằng 2.107 (sai số... hơn với sai số khoảng 0.03 - Do CTF có xu hướng dự đoán hệ số pha hơi cao hơn ở vùng sôi bão hòa, vì vậy kết quả tính toán hệ số pha hơi của CTF và CFX có thể sử dụng làm biên trên và biên dưới của kết quả thực tế 5 Kết luận Như đã đề cập ở chương một, đối tượng chính của luận văn là khảo sát hệ số pha hơi trong kênh nóng vùng hoạt lò phản ứng VVER1000/V392 Luận án nêu hai vấn đề cần giải quyết:  Xây