Đang tải... (xem toàn văn)
Vấn đề an toàn luôn là vấn đề được quan tâm trong bất kì ngành côngnghiệp nào. Trong nhà máy điện hạt nhân, khi có sự cố xảy ra làm phát tánchất phóng xạ vào môi trường thì hậu quả nó để lại hết sức khó lường. Vì vậyvấn đề an toàn đối với loại nhà máy điện hạt nhân lại càng dành được sự quantâm hàng đầu. Có rất nhiều thông số cho tiêu chuẩn an toàn đối với nhà máyđiện hạt nhân. Một thông số quan trọng dùng để tính toán giá trị tỷ lệ DBNR(Departure Nucleate Boiling Ratio) một tiêu chuẩn an toàn cực kỳ quan trọnglà thông lượng nhiệt tới hạn – CHF (Critical heat flux).Như chúng ta đã biết, một khi xảy ra hiện tượng sôi màng toàn phần tạimột vị trí trên vùng hoạt, giá trị thông lượng nhiệt truyền từ thanh nhiên liệuđến chất tải nhiệt đạt giá trị thông lượng nhiệt tới hạn – CHF. Trạng thái nàyrất nguy hiểm đối với cấu trúc của bó thanh nhiên liệu do nhiệt độ của thanhnhiên liệu cũng như cấu trúc vỏ thanh nhiên liệu thăng giáng rất mạnh (chế độtruyền nhiệt qua lớp màng chất lỏng tải nhiệt là nước tại bề mặt vỏ thanhnhiên liệu rất nhỏ, vì vậy dẫn đến chên lệch nhiệt độ lớn), có khả năng phá vỡtính toàn vẹn của thanh nhiên liệu.Vì vậy việc nghiên cứu dự đoán giá trị thông lượng nhiệt tới hạn đã đượctiến hành với quy mô lớn. Có rất nhiều phương pháp dự đoán giá trị CHFnhưng trong đó có phương pháp dự đoán dựa vào các giá trị thực nghiệmđược tiến hành đo đạc với nhiều giá trị đầu vào khác nhau và được tập hợpvào một bảng, được gọi là bảng tra cứu (Lookup table). Bảng có phạm vi baoquát lớn nhất, giá trị chính xác nhất trong tất cả các phương pháp tính toán giátrị CHF.
SV: Nguyễn Quang Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Đồ án tốt nghiệp tơi thực hiện, số liệu thu thập kết đánh giá đề tài trung thực có dẫn chứng đầy đủ, đề tài không trùng với đề tài nghiên cứu khoa học Những thông tin tham khảo Đồ án trích dẫn cụ thể Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Quang Huy Trang SV: Nguyễn Quang Huy LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án mình, tơi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Thái tận tình hướng dẫn, bảo ln ln động viên tơi q trình làm đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà nội tận tình truyền đạt kiến thức suốt năm học tập Với vốn kiến thức q trình học khơng tảng cho q trình thực hiện, hồn thành đồ án mà hành trang quý báu để bước vào đời cách vững tự tin Tôi xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đên anh Đậu Văn Loan sinh viên K55 giúp đỡ tơi nhiều q trình hồn thành đồ án tốt nghiêp Sau tơi xin kính chúc thầy cô Viện Kỹ Thuật Hạt Nhân Vật Lý Môi Trường dồi sức khỏe thành cơng nghiệp cao q Một lần xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2017 Sinh viên: Nguyễn Quang Huy Trang SV: Nguyễn Quang Huy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 10 I TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY HAI PHA VÀ HIỆN TƯỢNG SÔI ĐỐI LƯU 12 1.1 Các chế độ dòng chảy dòng hai pha 12 1.1.1 Chế độ dòng chảy bọt (bubbly flow) 13 1.1.2 Chế độ dòng chảy slug (Slug flow) 13 1.1.3 Chế độ dòng chảy Churn 13 1.1.4 Chế độ dòng chảy wispy-annular 13 1.1.5 Chế độ dòng chảy annular 14 1.2 Các chế độ dòng chảy kênh gia nhiệt thẳng đứng 14 1.3 Q trình sơi đối lưu 16 1.3.1 Chế độ trao đổi nhiệt 16 1.3.2 Bản đồ chế độ sôi (the boiling map) 20 II THÔNG LƯỢNG NHIỆT TỚI HẠN (CHF) 26 2.1 Tổng quan CHF 26 2.2 Cơ chế hình thành thơng lượng nhiệt tới hạn 26 2.2.1 Hiện tượng chuyển dời chế độ sôi nhân – DNB (Departure from nucleate boiling) 26 2.2.2 Hiện tượng bất định Helmholtz (Helmholtz instability) 28 Trang SV: Nguyễn Quang Huy 2.2.3 Vị trí dryout có màng chất lỏng bề dày mỏng chế độ dòng chảy hình xuyến (annular) 28 2.2.4 Vị trí Dryout có chu kỳ khơng ổn định 30 2.2.5 Vị trí dryout hình thành chậm (Slow dryout) 30 2.3 Vai trò thơng số thơng lượng nhiệt tới hạn nhà máy điện hạt nhân 30 III PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐỐN THƠNG LƯỢNG NHIỆT TỚI HẠN 35 3.1 Phương pháp dự đoán CHF thực nghiệm 35 3.2 Phương pháp bảng tra cứu thông lượng nhiệt tới hạn 1995 (CHF Look-up Table 1995) 36 3.2.1 Giới thiệu 36 3.2.2 Cơ sở liệu giá trị CHF 38 3.2.3 Ảnh hưởng đường kính ống đến giá trị CHF 40 3.2.4 Nguồn gốc bảng tra cứu CHF năm 1995 42 3.2.5 So sánh độ xác dự đốn tương quan thực nghiệm bảng tra cứu CHF khác 48 IV XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH LOOKUPTABLE 54 4.1 Giới thiệu Matlab GUI 54 4.1.1 Matlab 54 4.1.2 GUI 54 4.2 Chương trình Lookuptable 55 4.2.1 Giới thiệu chương trình Lookuptable 55 4.2.2 Cách cài đặt 57 4.2.3 Cách sử dụng 58 4.3 Đánh giá kết tra cứu chương trình 69 4.4 Đánh giá chương trình 71 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Trang SV: Nguyễn Quang Huy PHỤ LỤC 76 Trang SV: Nguyễn Quang Huy DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AOO: Anticipated operational occurences BWR: Boiling water reactors CHF: Critical Heat Flux CPR: Critical power ratio DNB: Departure from nucleate boiling DNBR: Departure from nucleate boiling ratio LHGR: Linear heat generation rate PWR: Pressurized water reactors Rms: root-mean-square D: Diameter i: Enthaply if: ifg: Trang SV: Nguyễn Quang Huy DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Đánh tương quan thực nghiệm bảng CHF khác nhau………………………………………………………………………….51 Trang SV: Nguyễn Quang Huy DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Các mơ hình chế độ dòng chảy dòng chảy thẳng đứng[4] 12 Hình 2: Mơ hình dòng chảy hỗn hơp hai pha ống thẳng đứng[4] 17 Hình 3: Các vùng trao đổi nhiệt q trình sơi đối lưu[4] 19 Hình 4: Quá trình thay đổi hệ số trao đổi nhiệt theo chất lượng nhiệt động học thông lương nhiệt [4] 22 Hình 5: Bề mặt q trình sơi đối lưu cưỡng [4] 23 Hình 6: Các vùng trao đối nhiệt đối lưu cưỡng hàm chất lượng nhiệt động tăng thông lượng nhiệt.[4] 24 Hình 1: Phạm vi điều kiện ngân hàng liệu tổng hợp AECLIPPE[1] 39 Hình 2: Tỷ lệ CHF đường kính ống khác ống 8mm[1] 42 Hình 3: Xu hướng thơng số bảng tra cứu CHF năm 1995 với dải áp suất cho trước [1] 46 Hình 4: Biểu đồ sai số bảng năm 1995[1] 48 Hình 5: Dòng tới hạn giới hạn dòng hai pha đoạn nhiệt[1] 49 Hình 6: So sánh phân bố sai số bảng CHF khác nhau[1] 52 Hình 3.7: So sánh phân bố sai số tương quan thực nghiệm bảng CHF năm 1995[1] 53 Hình 1: Giao diện chương trình matlab 54 Hình 2: Tạo giao diện người dùng với lệnh ‘Guide’ 55 Hình 3: Giao diện xuất nhập lệnh ‘Guide’ 55 Hình 4: Cách tra bảng thơng thường 56 Hình 5: Vào thư mục cài đặt chương trình tảng matlab 57 Hình 6: Cài đặt chương trình MCRIstaller 57 Hình 7: ‘Click’ vào file Lookuptable để khởi động chương trình 58 Trang SV: Nguyễn Quang Huy Hình 8: Giao diện chương trình Lookuptable 59 Hình 9: Mục dùng để tra cứu liệu thơng lượng nhiệt tới hạn 59 Hình 10: Các bước thực tra cứu liệu thông lượng nhiệt tới hạn 60 Hình 11: Mục dùng để kiểm tra phạm vi liệu phương pháp dùng để tra cứu 61 Hình 12: Giao diện có liệu thực nghiệm 62 Hình 13: Các bước thực việc kiểm tra phạm vi liệu chế độ ‘Range’ 62 Hình 14: Giao diện khơng có liệu thực nghiệm 63 Hình 15: Các bước kiểm tra phương pháp tra cứu với chế độ ‘Method’ có liệu đường kính 65 Hình 16: Giao diện khơng có liệu đường kính 65 Hình 17: Bước việc cập nhật liệu 66 Hình 18: Bước hai việc cập nhật liệu 67 Hình 19: Bước ba việc cập nhật liệu 67 Hình 20: Bước việc cập nhật liệu 68 Hình 21: Bước việc cập nhật liệu 68 Hình 22: Kết sau cập nhật liệu 69 Hình 4.23: So sánh giá trị thơng lượng nhiệt tính tốn chương trình giá trị thực nghiệm 69 Hình 4.24: So sánh giá trị thơng lượng nhiệt tính tốn chương trình giá trị thực nghiệm 70 Trang SV: Nguyễn Quang Huy MỞ ĐẦU Vấn đề an tồn ln vấn đề quan tâm ngành cơng nghiệp Trong nhà máy điện hạt nhân, có cố xảy làm phát tán chất phóng xạ vào mơi trường hậu để lại khó lường Vì vấn đề an toàn loại nhà máy điện hạt nhân lại dành quan tâm hàng đầu Có nhiều thơng số cho tiêu chuẩn an toàn nhà máy điện hạt nhân Một thơng số quan trọng dùng để tính tốn giá trị tỷ lệ DBNR (Departure Nucleate Boiling Ratio) tiêu chuẩn an tồn quan trọng thơng lượng nhiệt tới hạn – CHF (Critical heat flux) Như biết, xảy tượng sôi màng tồn phần vị trí vùng hoạt, giá trị thông lượng nhiệt truyền từ nhiên liệu đến chất tải nhiệt đạt giá trị thông lượng nhiệt tới hạn – CHF Trạng thái nguy hiểm cấu trúc bó nhiên liệu nhiệt độ nhiên liệu cấu trúc vỏ nhiên liệu thăng giáng mạnh (chế độ truyền nhiệt qua lớp màng chất lỏng tải nhiệt nước bề mặt vỏ nhiên liệu nhỏ, dẫn đến chên lệch nhiệt độ lớn), có khả phá vỡ tính tồn vẹn nhiên liệu Vì việc nghiên cứu dự đốn giá trị thơng lượng nhiệt tới hạn tiến hành với quy mơ lớn Có nhiều phương pháp dự đốn giá trị CHF có phương pháp dự đốn dựa vào giá trị thực nghiệm tiến hành đo đạc với nhiều giá trị đầu vào khác tập hợp vào bảng, gọi bảng tra cứu (Look-up table) Bảng có phạm vi bao quát lớn nhất, giá trị xác tất phương pháp tính tốn giá trị CHF Xuất phát từ tầm quan trọng giá trị thông lượng nhiệt tới hạn tính tốn an tồn nhằm hỗ trợ cho việc tính tốn giá trị thơng lượng nhiệt Trang 10 SV: Nguyễn Quang Huy for n = 2:k if t(n,1) == p w = 0; for n = 2:k if p ==t(n,1) w = w+1; end end mp = zeros(w,l); w =1; for n = 2:k if t(n,1)==p mp(w,1) = t(n,1); mp(w,2) = t(n,2); w = w+1; end end t1 = t(1,:); mp = [t1;mp]; [i,j] = size(mp); map = max(mp(2:end,2)); mip = min(mp(2:end,2)); for i=2:i for j =3:j for k =2:k for l =3:l if mp(i,1) ==t(k,1) & mp(1,j) ==t(1,l)& mp(i,2) ==t(k,2) mp(i,j) = t(k,l); end end Trang 93 SV: Nguyễn Quang Huy end end end if mip