Nghiên cứu hiện tượng thủy nhiệt lò phản ứng VVER 1000 trong một số điều kiện chuyển tiếp và sự cố

LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Hoàng Thị Kim Dung – Giảng viên Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ bảo suốt thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Thầy, Cô giáo Viện Cơ khí Động lực giảng dạy tận tình cho suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời cảm ơn tối Thầy, Cô giáo hội đồng đọc nhận xét giúp hoàn thiện nội dung luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn thạc sỹ khoa học: Nghiên cứu tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 số điều kiện chuyển tiếp cố, cụ thể “Mô phân tích tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 chƣơng trình RELAP5 COBRA-EN” hoàn thành Bộ môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC Bảng định nghĩa từ viết tắt Bảng định nghĩa ký hiệu Mở đầu Chƣơng Tổng quan hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000 I Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 II Các thành phần Vùng hoạt lò phản ứng Bơm tải nhiệt Bình sinh Bình điều áp Chƣơng Xây dựng mô hình tính toán I Giới thiệu chương trình tính toán RELAP5 COBRA-EN Chương trình RELAP5 Chương trình COBRA-EN II Mô hình tính toán chương trình RELAP5 Sơ đồ node hóa hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 Xây dựng kịch cố suy giảm dòng chất tải nhiệt (LOFA) III Mô hình tính toán chương trình COBRA-EN Sơ đồ node hóa vùng hoạt Điều kiện chuyển tiếp suy giảm dòng chảy (LOFA) Chƣơng Tính toán phân tích kết I Tính toán chương trình RELAP5 Kết tính toán trạng thái dừng Kết tính toán trạng thái chuyển tiếp II Tính toán chương trình COBRA-EN III Đánh giá an toàn Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Mô hình truyền nhiệt chương trình RELAP5 Phụ lục Mô hình truyền nhiệt chương trình COBRA-EN 10 10 16 16 18 22 28 31 31 31 31 32 32 32 35 35 37 38 38 38 38 50 52 55 56 57 78 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1 Các đặc trưng kỹ thuật Bảng 1.2 Dữ liệu hình học bó nhiên liệu Bảng 1.3 Lưu lượng giảm tốc bơm tải nhiệt Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật bình sinh PGV-1000MK điều kiện vận hành thường Bảng 1.5 Kích thước hình học bình sinh PGV-1000MK Bảng 1.6 Đặc trưng thủy nhiệt bình điều áp Bảng 2.1 Điều kiện biên điều kiện ban đầu Bảng 2.2 Chuỗi kiện Bảng 3.1 Các thông số trạng thái hoạt động dừng nhà máy Bảng3.2 Các giá trị chuyển tiếp kịch cố LOFA Bảng 3.3 Giá trị vài thông số thủy nhiệt tính toán COBRA-EN Bảng 3.4 So sánh giá trị cực đại thông số thủy nhiệt với giá trị tiêu chuẩn cho phép cố toàn điện lưới 12 18 20 22 27 29 32 33 38 50 51 53 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bố trí thiết bị hệ thống tải nhiệt Hình 1.2 Bố trí thiết bị hệ thống làm mát lò phản ứng Hình 1.3 Bố trí thiết bị hệ thống làm mát lò phản ứng sơ đồ tổng thể nhà máy Hình 1.4 Bố trí thiết bị hệ thống tải nhiệt lò phản ứng sơ đồ tổng thể nhà chứa lò phản ứng Hình 1.5 Bố trí thiết bị hệ thống tải nhiệt lò phản ứng sơ đồ tổng thể nhà chứa lò phản ứng Hình 1.6 Mặt cắt ngang vùng hoạt lò phản ứng VVER-1000 Hình 1.7 Mặt cắt ngang bó nhiên liệu Hình 1.8 Hình ảnh bó nhiên liệu lưới định vị Hình 1.9 Cấu tạo bơm tải nhiệt Hình1.10 Bình sinh PGV-1000MK với giá đỡ Hình 1.11 Bình sinh PGV-1000MK Hình 2.1 Phân bố công suất dọc trục nhiên liệu Hình 2.2 Sơ đồ node hóa hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 chương trình RELAP5 Hình 2.3 Hệ số đỉnh công suất bó nhiên liệu 1/6 vùng hoạt Hình 2.4 Số hiệu đơn kênh mô hình tính toán Hình 3.1 Áp suất lối vùng hoạt Hình 3.2 Đường coastdown bơm tải nhiệt Hình 3.3 Áp suất đỉnh bình sinh Hình 3.4 Nhiệt độ chất tải nhiệt lối vào lối vùng hoạt Hình 3.5 Nhiệt độ cực đại vỏ bọc nhiên liệu Hình 3.6 So sánh đường giảm tốc bơm tải nhiệt thiết kế tính toán Hình 3.7a So sánh áp suất lối vùng hoạt Hình 3.7b So sánh áp suất lối vùng hoạt Hình 3.8a So sánh nhiệt độ chất tải nhiệt Hình 3.8b So sánh nhiệt độ chất tải nhiệt Hình 3.9 So sánh mức nước bình điều áp Hình 3.10 So sánh nhiệt độ trung bình lối chất tải nhiệt hướng trục Hình 3.11 Enthalpy nhiên liệu cực đại trung bình Hình 3.12 Diễn biến áp suất vòng sơ cấp lò phản ứng APR1400 cố LOFA 12 14 14 15 15 16 17 17 21 25 26 33 34 35 36 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 51 52 53 BẢNG ĐỊNH NGHĨA CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Dnom ECCS Tiếng Anh Nominal Diameter Emergency Core Cooling System IAEA International Atomic Energy Agency In-Service Inspection ISI LWR MCP NPP PORV Pz RCP RCS SG DBA BDBA SBLOCA LOFA Light Water Reactor Main Coolant Piping Nuclear Power Plant Pilot-Operated Relief Valve Pressuriser Reactor Coolant Pump Reactor Coolant System Steam Generator Design Basic Accident Beyond Design Basic Accident Small Break Loss of Coolant Accident Loss of Flow Accident Tiếng Việt Đường kính danh định Hệ thống làm mát khẩn cấp vùng hoạt lò phản ứng Cơ quan lượng nguyên tử IAEA Thiết bị kiểm tra vận hành Lò phản ứng nước nhẹ Ống dẫn chất làm mát Nhà máy điện hạt nhân Van điều khiển xả áp Bình điều áp Bơm chất làm mát lò phản ứng Hệ thống làm mát lò phản ứng Bình sinh Sự cố theo thiết kế Sự cố thiết kế Sự cố chất tải nhiệt vết vỡ nhỏ Sự cố dòng chất tải nhiệt BẢNG ĐỊNH NGHĨA CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu    CP T t Q Q’ Q’’ Q’’’ R V D k H Re Pr Ý nghĩa : Khối lượng riêng, kg/m3 : Hệ số : Hệ số nhớt, Ns/m2 : Nhiệt dung riêng, J/kg/K : Nhiệt độ, K : Thời gian, s : Công suất nhiệt, W : Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính, W/m : Thông lượng nhiệt, W/m2 : Nguồn nhiệt thể tích, W/m3 : Bán kính, m : Thể tích, m3 : Đường kính, m : Hệ số dẫn nhiệt, W/m/K : Là hệ truyền nhiệt đối lưu, W/m2/K : Số Reynolds, Re = G.D/ : Số Prandtl, Pr = CP/k MỞ ĐẦU Nhà máy điện hạt nhân công nghệ lò phản ứng VVER-1000 (Nga) thức phê duyệt xây dựng Ninh Thuận, Việt Nam, dự kiến xây dựng vào năm 2014 đưa vào vận hành năm 2020 Xây dựng đội ngũ nhân lực phục vụ dự án điện hạt nhân công việc quan trọng, cần đặt lên hàng đầu quốc gia xây dựng nhà máy điện hạt nhân Đội ngũ cán phân tích an toàn nhà máy điện hạt nhân góp phần làm chủ công nghệ nhà máy Phân tích an toàn thủy nhiệt nhánh quan trọng Hiện nay, nguồn nhân lực hạn chế cần nâng cao phát triển Phân tích an toàn thủy nhiệt bao gồm nghiên cứu thực nghiệm mô tượng chương trình tính toán Với hạn chế sở vật chất Việt Nam việc phát triển nghiên cứu theo hướng thực nghiệm sau bước so với nghiên cứu theo phương pháp mô tính toán Các toán thủy nhiệt lò phản ứng công suất gần nghiên cứu phân tích chương trình mô Việt Nam Đối với lò phản ứng VVER-1000 chưa nghiên cứu nhiều Với lý trên, nội dung luận văn thực ‘Nghiên cứu tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 số điều kiện chuyển tiếp cố’ chương trình tính toán mô Cụ thể Mô cố toàn điện lƣới nhà máy điện hạt nhân VVER-1000 chƣơng trình tính toán RELAP5 COBRA-EN Các thông số thủy nhiệt tính toán, phân tích so sánh với số liệu lò phản ứng VVER-1000/V392 xây dựng nhà máy điện hạt nhân Belene, Bulgari Bất kỳ nhà máy điện hạt nhân cấp phép xây dựng, có tiêu chí an toàn riêng Các tiêu chí xây dựng báo cáo phân tích an toàn (SAR) Trong điều kiện vận hành nhà máy tiêu chí an toàn khác nhằm mục đích đảm bảo tính toán an toàn cho toàn nhà máy Cụ thể, điều kiện vận hành xảy cố toàn điện lưới tiêu chí cho nhà máy điện hạt nhận sử dụng lò phản ứng VVER-1000 cần tuân thủ theo tiêu chí an toàn sau [6] : - Áp suất vòng sơ cấp thứ cấp không vượt 115% giá trị thiết kế - Nhiệt độ nhiệt liệu không vượt 2540 ºC nhiên liệu cháy không vượt 2840 ºC nhiên liệu tươi - Enthalpy trung bình nhiên liệu không vượt 586 J/g UO2 Nội dung luận văn gồm chương chính: - Chương 1: Tổng quan hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000 Chương 2: Xây dựng mô hình tính toán Chương 3: Tính toán phân tích kết Nội dung chương tìm hiểu hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER1000 Các thành phần nhà máy vùng hoạt, bình sinh hơi, bơm tải nhiệt chính, bình điều áp mô tả hình ảnh số liệu Nguyên lý hoạt động thông số thủy nhiệt đề cập tới trạng thái hoạt động dừng nhà máy Nội dung chương xây dựng mô hình tính toán Toàn hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 xây dựng chương trình RELAP5/MOD3.3 mô hình 1/6 vùng hoạt xây dựng chương trình COBRA-EN Các liệu điều kiện biên điều kiện ban đầu xây dựng với chuỗi kiện xảy cố toàn điện lưới nhà máy điện hạt nhân Nội dung chương tiến hành tính toán với kịch cố được xây dựng chương Các kết tính toán phân tích đánh giá an toàn theo tiêu chí an toàn nhà máy điện hạt nhân dùng lò phản ứng VVER-1000 Nga Chƣơng Tổng quan hệ thống công nghệ lò phản ứng VVER-1000 I Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 Hệ thống tải nhiệt sơ cấp (RCS) lò phản ứng hệ thống tuần hoàn nước qua vùng hoạt nhận nhiệt, nhiệt lượng chuyển đến bình sinh với mục đích sinh phát điện (khái niệm EUR) RCS trì làm việc áp suất ổn định suốt trình vận hành lò phản ứng, trở thành rào chắn phóng xạ tất trạng thái vận hành nhà máy Mục tiêu RCS đảm dòng chất tải nhiệt phù hợp để có khả tải nhiệt từ vùng hoạt tất trạng thái vận hành, trạng thái xảy chuyển tiếp hay cố theo sở thiết kế (DBA) RCS sử dụng để giảm thiểu cố sở thiết kế (BDBA) Tất mục tiêu nêu cần đáp ứng xem xét thiết kế nhà máy điện hạt nhân Những điều khoản thiết kế thay đổi tùy theo loại lò phản ứng, điều kiện vận hành vị trí xây dựng nhà máy Trong phần mô tả - Khái quát chức hệ thống tải nhiệt nhà máy điện hạt nhân - Các thành phần chức chúng: (1) lò phản ứng; (2) Bình sinh hơi; (3) Bơm tải nhiệt chính; (4) Bình điều áp; Năng lượng phân hạch nhiên liệu vùng hoạt lò phản ứng sử dụng để gia nhiệt cho chất tải nhiệt vòng tuần hoàn kín: lò phản ứng – bình sinh – bơm tải nhiệt – lò phản ứng Chất tải nhiệt nhận nhiệt lò phản ứng, chuyển nhiệt lượng qua ống trao đổi nhiệt bình sinh tới nước vòng thứ cấp, sau quay trở lại lò phản ứng nhờ bơm tải nhiệt Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng bao gồm lò phản ứng nhánh tuần hoàn, nhánh bao gồm: - Một bình sinh (SG); - Một bơm tải nhiệt (MCP); - Đường ống dẫn kết nối thiết bị với lò phản ứng Mỗi nhánh tuần hoàn có chân nóng chân lạnh Bình sinh phận kết nối hệ thống tải nhiệt sơ cấp thứ cấp Chất tải nhiệt rò rỉ từ vòng sơ cấp qua vòng thứ cấp xảy gia nhiệt ống dẫn trao đổi nhiệt 10 Bảng Truyền nhiệt từ thành tới chất lưu Mode 10 11 Hiện tƣợng Tƣơng quan Hỗn hợp nước không Kays, Dittus-Boelter, ESDU, ngưng tụ Shah, Churchill-Chu, McAdams Kays, Dittus-Boelter, ESDU, Siêu tới hạn pha lỏng Shah, Churchill-Chu, McAdams Chất lỏng pha tỷ lệ thể Kays, Dittus-Boelter, ESDU, tích pha < 0.1 Shah, Churchill-Chu, McAdams Sôi bọt bão hòa Chen Sôi bọt bão hòa Chen Sôi chuyển tiếp bão hòa Chen-Sundaram-Ozkaynak Sôi chuyển tiếp bão hòa Chen-Sundaram-Ozkaynak Bromley, Sun-Gonzales-Ten, Sôi màng bão hòa Kays, Dittus-Boelter, ESDU, Shah, Churchill-Chu, McAdams Bromley, Sun-Gonzales-Ten, Sôi màng bão hòa Kays, Dittus-Boelter, ESDU, Shah, Churchill-Chu, McAdams Một pha khí hai pha siêu tới Kays, Dittus-Boelter, ESDU, hạn Shah, Churchill-Chu, McAdams Ngưng tụ Nusselt, Shah, Colburn-Hougen Ngưng tụ Nusselt, Shah, Colburn-Hougen Các hiệu chỉnh cho chất lỏng pha áp suất tới hạn tới hạn (truyền nhiệt mode mode 2), dòng pha (truyền nhiệt mode 9) hỗn hợp hơi-nước không ngưng tụ (truyền nhiệt mode 0) Theo tác giả Raithby Hollands, số Nusselt xác định: Trong đó, Nu số Nusselt, Nu = hD/k k hệ số dẫn nhiệt chất lỏng h hệ số truyền nhiệt bề mặt D đường kính đốt nhiệt tương đương 2.1 Đối lƣu cƣỡng rối Tương quan Dittus-Boelter xuất phát cho dòng rối ống nhẵn, số Nu có dạng: (*) 69 Trong đó, C hệ số Re số Reynolds, Re = G.D /  Pr số Prandtl, Pr = .Cp/k G lưu lượng  hệ số nhớt Cp nhiệt dung riêng Các tính chất vật lý xác định nhiệt độ khối; n = 0.4 cho trường hợp đốt nhiệt n = 0.3 cho trường hợp làm mát Tương quan phát triển từ liệu đốt nóng nước, làm mát nước dầu, đốt nóng làm mát khí Một vài liệu báo cáo lại tác giả Stanton vào năm 1897 Các điều kiện cho liệu là:  Tác giả McAdams-Frost Nước đốt nóng Hệ số từ 850 tới 15300 W/m2.K Đường kính ống – 0.0095, 0.0127, 0.0254 m Vận tốc – 0.183 tới 6.1 m/s  Morris-Whitman Nước, dầu Đường kính ống – 0.0157 m Chiều dài – 2.74 m  Các thông số đốt nóng Vận tốc – 0.27 tới 5.98 m/s Nhiệt độ chất lỏng – 301 tới 349 K Hệ số 227 tới 8860 W/m^2.K Điểm liệu – 56  Các thông số làm mát Vận tốc – 0.34 tới 5.15 m/s Nhiệt độ chất lỏng – 319 tới 540 K Hệ số - 80 tới 3975 W/m^2.K Điểm liệu – 62 Miền áp suất – 10342 tới 1310000 Pa Miền nhiệt độ - 289 tới 1033 K Miền lưu lượng khối – 0.98 tới 32.2 kg/s.m2 Đường kính ống – 0.0127 tới 0.152 m Tương quan đạt cách vẽ đường cong trung bình qua điểm liệu điều kiện đốt nóng làm lạnh tác giả Morris Whitman 70 Giá trị số C = 0.023 xác định tác giả McAdams Theo báo cáo Kreith, phương trình (*) xây dựng thực nghiệm số Pr, Re, L/D theo miền: 0.7< Pr < 160, Re > 6000 L/D > 60 2.2 Mô hình đối lƣu cƣỡng tầng Mô hình lời giải xác cho dòng chảy tầng dạng phát triển (fully developed laminar flow) ống với thông lượng nhiệt đồng tính chất nhiệt không đổi, phát triển tác giả Sellars, Tribus Klein Lời giải dẫn đến: Nu = 4.36 Một vài số liệu lời giải Ví dụ, tác giả Shumway so sánh cho dòng khí heli ống Lời giải xác định độ xác khoảng  10% 2.3 Mô hình đối lƣu tự nhiên Các tương quan cho mô hình đối lưu tự nhiên như: Churchill Chu cho mô hình đối lưu với bề mặt thành thẳng đứng ; McAdams cho mô hình đối lưu với bề mặt thành nằm ngang Tương quan Churchill-Chu có dạng: (**) Trong đó, RaL số Rayleigh = GrL Pr Pr số Prandtl = Cp/k GrL số Grashof  độ nhớt Cp nhiệt dung riêng K hệ số dẫn nhiệt  khối lượng riêng 71  hệ số giãn nở nhiệt g số trọng trường L chiều dài Tw nhiệt độ thành rắn Tb nhiệt độ khối chất lỏng Tương quan McAdams có dạng: Với RaL khoảng 105 tới 1010 2.4 Mô hình sôi bọt bão hòa (mode 4) sôi bọt dƣới bão hòa (mode 3) Tương quan tác giả Chen sử dụng cho mô hình truyền nhiệt mode mode Mặc dù tương quan dựa điều kiện chất lỏng bão hòa sử dụng cho điều kiện chất lỏng bão hòa cách sử dụng nhiệt độ khối chất lỏng theo nhiệt độ tham chiếu cho phần đối lưu hiệu chỉnh Truyền nhiệt mode 4: Sử dụng hai hệ số F S và, Trong đó, số f chất lỏng g khí, ΔTw = Tw – Tspt (theo tổng áp suất), Δp = Psat - Ptotal Hình Hệ số số Re, F 72 Hình 3: Hệ số S Hệ số S đánh giá nhiệt Truyền nhiệt mode 3: Mode phát triển trạng thái chất lỏng nhiệt gần bề mặt thành rắn Về mô hình giống với truyền nhiệt mode 4, phương trình (**) sử dụng với thay đổi theo đề xuất tác giả Bjornard Griffith cho hệ số F sử dụng tổng lưu lượng số Re Tương quan kiểm tra với nước, ammonia n-butyl alcohol tác giả Moles Shah Hệ số F tuyến tính hóa tới giá trị sau: Mối liên hệ biểu diễn hình 73 Hình Biến đổi hệ số F truyền nhiệt mode sang mode 2.5 Mô hình truyền nhiệt sôi chuyển tiếp dƣới bão hòa (mode 5) sôi chuyển tiếp bão hòa (mode 6) Mô hình sôi chuyển tiếp tác giả Chen ý tới qtb = qfAf + hgg(Tw – Tg)(1 - Af) Trong đó, qtb thông lượng nhiệt sôi chuyển tiếp Af diện tích dính ướt thành hgg hệ số truyền nhiệt tới pha khí qf dự đoán theo thông lượng nhiệt trung bình thời gian tiếp xúc chất lỏng thành Quá trình tải nhiệt mô tả mô hình gồm ba bước: giai đoạn trước sinh bọt khí, phát triển bọt khí bay lớp màng Đại lượng Af phụ thuộc vào tổng lượng chất lỏng xác định: Af = e-(Tw-Tspt)^0.5  = max (1, 2) 1 = C1 – C2G/105, 2 = C3G/105 C1 = 2.4C2, C2 = 0.05/(1-g40) + 0.075g, C3 = 0.2 C2 g tính toán mô hình dòng đồng hgg = 0.0185Re0.83Pr1/3 74 Tương quan Chen so sánh với liệu gồm 4167 điểm liệu từ nguồn khác 2.6 Mô hình sôi màng dƣới bão hòa (mode 7) sôi màng bão hòa (mode 8) Sôi màng mô tả học truyền nhiệt sau: Nó xảy số mẫu hình dòng chảy dòng vành xuyến, dòng túi (slug) dòng phân tán Sự truyền nhiệt từ thành tới chất lỏng dẫn nhiệt theo lớp màng tiếp giáp với thành đốt nhiệt, trình đối lưu tạo nên dòng chảy dòng chảy hạt nước gần bề mặt thành sinh nhiệt, xạ nhiệt qua lớp màng tới hạt lỏng Chất lỏng không tiếp xúc với bề mặt thành lực đẩy tạo hóa chất lỏng Môi trường chất lỏng chuyển động chậm chạp trạng thái bão hòa bão hòa Các mô hình phân tích cho dẫn nhiệt, đối lưu, xạ nhiệt dạng cho mô hình truyền nhiệt mode mode Mô hình sôi màng cho dẫn nhiệt: Bromley phát triển dòng chảy tầng dẫn nhiệt từ ống nằm ngang với môi trường gồm hạt lỏng pha phân tán pha pha liên tục, có dạng: (***) Trong đó, h’fg hiểu chỉnh từ nhiệt hóa hơi, hfg Chỉ số chiều dài , L, cho ống là đường kính ống Giá trị C = 0.62 xác định theo liệu Điều kiện thí nghiệm mô tả sau: Đường kính ống Carbon: 0.63, 0.95, 1.27 cm Đường kính ống thép không gỉ: 0.476 cm Áp suất: áp suất khí Chất lưu: nước, nito, n-pentan, benzen, carbon tetrachlotide ethyl alcohol Berenson thực phân tích tĩnh học cho dầng tầng sôi màng mỏng Một lời giải đưa cho hầu hết kết Các dạng lời giải hầu hết tương tự với phương trình (2.15) với : 75 Trong đó,  ứng suất bề mặt C = 0.425 L phương trình quan sát đặc tính chiều dài sôi màng Breen Westwater so sánh liệu với phương trình (***) quan sát mẫu hình sôi màng Họ xác định truyền nhiệt từ ống nằm ngang đặc trưng tỷ số L/D Nếu L/D nhỏ 0.8, sử dụng phương trình (***) Mô hình sôi màng cho đối lƣu: Quá trình đối lưu tới pha tăng trở thành chiếm ưu Hiệu chỉnh cho dòng pha sử dụng mô hình truyền nhiệt mode Mô hình sôi màng cho xạ: Bức xạ nhiệt ý tới tác giả Sun Mục đích phát triển phương pháp kỹ thuật tính toán truyền nhiệt lò nước sôi (BWR) tới chất tải nhiệt trình làm mát khẩn cấp Báo cáo trình bày phương pháp ước lượng truyền nhiệt xạ hơi-lỏng-hỗn hợp hạt lỏng Thông lượng nhiệt xạ biểu diễn tác giả Sun sau: qwf = Fwf(Tw4 – Tspt4) qwg = Fwg(Tw4 – Tspt4) qgf = Fgf(Tg4 – Tspt4) Chỉ số wf, wg gf truyền nhiệt từ thành tới pha lỏng, từ thành tới pha hơi, từ pha tới pha lỏng Pha lỏng giả thiết nhiệt độ bão hòa theo áp suất tổng F hệ số vật thể xám,  số Stefan-Boltzman 5.67010-8 W/m2.K Hệ số vật thể xam định nghĩa: Fwf = [R2(1 + R3/R1 + R3/R2)]-1 Fwg = [R1(1 + R3/R1 + R3/R2)]-1 Fgf = [R2(1 + R1/R2 + R1/R3)]-1 Số hạng R xác định sau: 76 Hệ số phát xạ  cho bởi: g = – exp(-agLm) f = – exp(-afLm) w = 0.7 Lm chiều dài trung bình, ag af tương ứng hệ số hấp thụ lỏng Lm = D af = Xa.d2n/4 Trong đó, Xa hiệu suất hấp thụ, n mật độ giọt nước, d đường kính giọt nước Mật độ giọt nước xác định: Hiệu suất hấp thụ Xa 0.74 cho giọt lỏng có kích thước đường kính từ 0.01 tới 0.2 cm 77 Phụ lục MÔ HÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG CHƢƠNG TRÌNH COBRA-EN Nội dung phụ lục trình bày mô hình truyền nhiệt chương trình COBRA-EN bao gồm dẫn nhiệt nhiên liệu truyền nhiệt tới chất tải nhiệt Trong đoạn chia dọc trục, mô hình đốt nóng nhiên liệu tính toán phân bố nhiệt độ nhiên liệu hình trụ cách giải phương trình dẫn nhiệt với thông lượng nhiệt điều kiện biên cung cấp mô hình dòng chảy mô hình truyền nhiệt bề mặt Dẫn nhiệt theo hướng trục bỏ qua, xét tới dẫn nhiệt theo hướng kính theo phép xấp xỉ sai phân hữu hạn bậc giải phương pháp trực tiếp Mô hình dẫn nhiệt nhiên liệu Trong COBRA-EN có mô hình đốt nóng nhiên liệu: CRTN sử dụng cho ứng dụng đặc biệt với điều kiện dừng; TWGL dử dụng cho mục đích thí nghiệm mô hình COBRA-3C (được trình bày phần này) Như biểu diễn hình 1, viên nhiên liệu chia thành khoảng theo hướng kính, tọa độ hướng kính ri nhiệt độ TI tính vị trí ri Hình TN nhiệt độ lớp vỏ bọc nhiên liệu, TN-1 TN-2 nhiệt độ bề mặt bên bên lớp vỏ bọc (hoặc nhiên liệu) Nói cách khác, phương trình cân nhiệt giải là: Trong đó, 78 Comment [DB2]: ???  khối lượng riêng lớp vỏ nhiên liệu (kg/m3) CP nhiệt dung riêng lớp vỏ nhiên liệu (J/KgK) V thể tích khoảng i T nhiệt độ điểm tính toán Qi-1,i = -kT/rr=ri-1 : nhiệt lượng từ vị trí i-1 tới i k hệ số dẫn nhiệt (W/mK) Qi’’’ nguồn nhiệt thể tích (W/m3), công suất phân hạch Phân bố công suất viên nhiên liệu: Trong đó, VF thể tích nhiên liệu đơn vị chiều dài RF đường kính viên nhiên liệu  hệ số; = phân bố công suất đồng nhận giá trị khác lên tới Sự liên tục dòng nhiệt lượng viết : Với Ki-1,i đặc trưng cho cản nhiệt từ vị trí i-1 tới i Ki+1,i từ vị trí i + tới i ; tính toán theo hệ số dẫn nhiệt k liệu hình học nhiên liệu: Với ΔXj độ dày (giống nhau) khoảng chia, hai phương trình dòng chất lỏng phương trình dẫn nhiệt giải Tâm nhiên liệu đoạn nhiệt biên đối xứng, Q0,1 = Thông lượng nhiệt truyền tới chất tải nhiệt: 79 Giả thiết tất kênh l xung quanh n, Tn nhiệt độ thành vị trí n, Hnl hệ số truyền nhiệt từ n tới kênh l, Tbl nhiệt độ khối kênh l nl hệ số chu vi bên (chu vi ướt) n kênh l Hệ số truyền nhiệt từ nhiên liệu tới chất tải nhiệt nhiệt độ khối chất tải nhiệt xác định sau: Các thuộc tính thủy nhiệt , CP k nhiên liệu (UO2, lớp vỏ Zr): - Khối lượng riêng cố định input mặc định Hệ số dẫn nhiệt hàm nhiệt độ (chương trình UCONDU) Nhiệt dung riêng nhiên liệu hàm nhiệt độ (chương trình USPEHT) Nhiệt dung riêng lớp vỏ hàm nhiệt độ (chương trình ZSPEHT) Hệ số dẫn nhiệt lớp vỏ hàm nhiệt độ (chương trình ZCONDU) Mô hình truyền nhiệt bề mặt Mô hình truyền nhiệt từ nhiên liệu tới chất tải nhiệt với đường cong sối định nghĩa với miền truyền nhiệt: Đối lưu cưỡng pha lỏng, sôi bọt khí bão hòa, sôi bọt khí bão hòa, sôi chuyển tiếp sôi màng (sôi sau xảy CHF), đối lưu cưỡng pha (hình 6) Mỗi miền truyền nhiệt thông lượng nhiệt từ bề mặt vỏ nhiên liệu xác định: Tw nhiệt độ bề mặt Tb nhiệt độ khối chất lỏng Mô hình truyền nhiệt cung cấp hệ số H thông lượng nhiệt q’’ theo tương quan khác 80 Miền truyền nhiệt cho nhiên liệu khoảng dọc trục xác định theo điều kiện cục chất lưu nhiệt độ bề mặt nhiên liệu Mặc dù có nhiều tương quan tính toán hệ số truyền nhiệt cho miền truyền nhiệt, chương trình COBRA-EN có tương quan sau: - Tương quan Dittus-Boelter dạng chuẩn dạng người sử dụng thay đổi hệ số Tương quan Thom, Jens-Lottes Rohsenow cho sôi bọt khí bão hòa Tương quan Thom Rohsenow cho sôi bọt khí bão hòa BAW-2, W-3, EPRI, Macbeth (12 hệ số), Macbeth (6 hệ số), Biasi hiệu chỉnh Barnett cho CHF Các tương quan hiệu chỉnh Condie-Bengtson, nội suy Berenson McDonough-Milich-King cho sôi chuyển tiếp Groeneveld, Berenson Dougall-Rohsenow cho sôi màng Các đường cong hình với điều kiện dòng sau: - Lưu lượng khối: 3323 kg/m2/s Đường kính thủy lực tương đương: 0.0131 m Áp suất: 14.9 MPa Enthalpy chất lưu: 1.5915 MJ/kg Enthalpy chất lưu lối vào: 1.2994 MJ/kg Thông lượng nhiệt cục bộ: 1.047 MW/m2 Nhiệt độ thông lượng nhiệt tới hạn: 620.21 K Thông lượng nhiệt tới hạn: 1.5302 MW/m2 Nhiệt độ bão hòa: 615.49 K Enthalpy chất lỏng bão hòa: 1.6063 MJ/kg Enthalpy bão hòa: 2.6159 MJ/kg Enthalpy hóa hơi: 1.0096 MJ/kg 81 Hình 82 Comment [DB3]: ??? Đối lƣu cƣỡng pha: Tương quan Dittus-Boelter cho truyền nhiệt đối lưu cưỡng pha điều kiện dòng rối là: Trong điều kiện dòng chảy tầng: HL = 8.0 k/Dh tức số Nu = 8.0 giả thiết Hệ số truyền nhiệt cực đại cho tương quan dòng rối dòng tầng: HSPFC = max(HT, HL) Với, k hệ số dẫn nhiệt chất lưu (W/m/K) Dh đường kính thủy lực tương đương (m) Re số Reynolds Pr số Prandtl G lưu lượng khối (kg/m2/s)  hệ số nhớt (kg/s/m) CP nhiệt dung riêng (J/kg/K) Tất tính chất xác định nhiệt độ khối điều kiện toàn chất lỏng 83 ... Bản luận văn thạc sỹ khoa học: Nghiên cứu tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 số điều kiện chuyển tiếp cố, cụ thể “Mô phân tích tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 chƣơng trình RELAP5 COBRA-EN”... mô Việt Nam Đối với lò phản ứng VVER-1000 chưa nghiên cứu nhiều Với lý trên, nội dung luận văn thực Nghiên cứu tƣợng thủy nhiệt lò phản ứng VVER-1000 số điều kiện chuyển tiếp cố’ chương trình... Áp suất chất tải nhiệt lối lò phản ứng, MPa Áp suất chất tải nhiệt lối vào lò phản ứng* , °C Nhiệt độ chất tải nhiệt lối lò phản ứng* , °C Dòng chất tải nhiệt chảy qua lò phản ứng* , m3/h Giá trị