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

  • Số trang: 22 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 56 |
  • Lượt tải: 0
thuvientrithuc1102

Tham gia: 02/08/2015

Mô tả:

1. Mở đầu Hệ số pha hơi (tỷ phần rỗng) đóng vai trò quan trọng trong mô hình dòng hai pha ở thang tỷ lệ mô phỏng bộ phận nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN). Trong chương trình CTF hệ số pha hơi được tính toán khi giải các phương trình bảo toàn. Sau đó, chế độ dòng chảy được xác định dựa trên hệ số pha hơi. Chẳng hạn, các chế độ dòng được xác định dựa trên các giá trị hệ số pha hơi đối với mô hình tường thông thường minh họa ở hình 2.8 của luận án. Bản đồ chế độ dòng đối với mô hình tường gia nhiệt thông thường gồm:  Chế độ bong bóng nhỏ xác định bởi hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2  Chuyển tiếp bong bóng nhỏ-sang túi xác định bởi hệ số pha hơi trong khoảng (0.2, 0.5)  Chế độ khuấy/rối xác định bởi hệ số pha hơi trong khoảng (0.5 αcrit)  Chế độ xuyến/sương mù xác định bởi hệ số pha hơi lớn hơn αcrit. Khi đó, với mỗi chế độ dòng riêng biệt của mô hình tường gia nhiệt thông tường, diện tích mặt phân cách, lực cản mặt phân cách và hệ số truyền nhiệt qua mặt phân cách cũng được xác định khác nhau. Hình 2.8 Bản đồ chế độ dòng của chương trình CTF với mô hình tường thông thường (nguồn [38]) 1.1 Mục tiêu của luận án Nghiên cứu hệ số pha hơi trong kênh tải nhiệt là vấn đề quan trọng của phân tích an toàn thủy nhiệt, được tiến hành với nhiều thực nghiệm và các chương trình mô phỏng. Do vậy dựa trên tư liệu của đề tài cấp nhà nước (mã số ĐTĐL.2011-G/82), nội dung nghiên cứu 1 của luận án được đặt ra là dự đoán hệ số pha hơi trong kênh nóng vùng hoạt lò phản ứng VVER-1000/V392 sử dụng phương pháp tiếp cận ước lượng tốt nhất. Trong trường hợp các chương trình liên kết hai thang tỷ lệ mô phỏng như RELAP-3D và MARS-3D không có sẵn, kỹ thuật phân tích nhiều thang tỷ lệ vẫn được coi là cách tiếp cận ước lượng tốt nhất khi nghiên cứu các bài toán thủy nhiệt. Trong luận án này, chương trình tính toán nơtron MCNP5 và các chương trình thủy nhiệt với các thang tỷ lệ khác nhau gồm: RELAP5, CTF và CFX (Ansys CFX) được sử dụng để dự đoán hệ số pha hơi trong kênh nóng lò VVER-1000/V392. Luận án đặt ra hai nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:  Xây dựng quy trình phân tích nhiều thang tỷ lệ để dự đoán hệ số pha hơi trong quá trình chuyển tiếp trên cơ sở sử dụng các chương trình máy tính: MCNP5, RELAP5 và CTF;  Xem xét việc kết hợp các chương trình CTF và CFX nhằm nâng cao khả năng dự đoán hệ số pha hơi của CTF. Ở đây, việc kết hợp vận dụng các chương trình CTF và CFX nhằm cải thiện việc dự đoán hệ số pha hơi của CTF là vấn đề mới sẽ được nghiên cứu. Như thường lệ, chương trình CTF được dung dự đoán hệ số pha hơi khi xảy ra chuyển tiếp và CFX được sử dụng để dự đoán trong trạng thái dừng. Có thể hy vọng rằng chương trình CFX với thang mô phỏng nhỏ hơn sẽ đem lại những cải thiện trong việc dự đoán hệ số pha hơi trong trạng thái dừng tại những thời điểm cụ thể. 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu Hệ số pha hơi trong kênh nóng lò VVER-1000/V392 được dự đoán với các thang tỷ lệ khác nhau trong điều kiện chuyển tiếp 40 giây kể từ khi bắt đầu sự cố LOCAs với kích thước vỡ khác nhau. 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu Do tính phức tạp của dòng hai pha, phạm vi nghiên cứu sẽ chỉ giới hạn đối với dòng hai pha trong kênh thẳng đứng tương ứng với các chế độ dòng cụ thể như bong bóng nhỏ, túi, khuấy và xuyến. 1.2 Bố cục luận án Luận án gồm bốn chương và phần kết luận ở cuối. Chương một nêu luận giải vấn đề dẫn đến nội dung nghiên cứu của luận án với những vấn đề như sau:  Hiện trạng phát triển điện hạt nhân trên thế giới và Việt Nam;  Sơ lược về an toàn hạt nhân; 2   Phân tích an toàn thủy nhiệt trong điều kiện chuyển tiếp; Tìm hiểu công nghệ lò phản ứng VVER ở Việt Nam liên quan đến nghiên cứu của luận án;  Mục tiêu của luận án;  Bố cục của luận án. Chương hai trình bày phương pháp luận liên quan đến phân tích nhiều thang tỷ lệ cũng như mô hình vật lý trong các chương trình với các thang tỷ lệ khác nhau, chủ yếu tập trung vào mô hình chuyển pha của các chương trình RELAP5, CTF và CFX, cụ thể như sau:  Tiếp cận nhiều thang tỷ lệ mô phỏng 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 các mô hình chuyển pha đối với các chương trình nêu trên được thực hiện trên cơ sở mô phỏng và so sánh với kết quả thực nghiệm. Các kết quả mô phỏng mức hệ thống được so sánh với báo cáo phân tích an toàn (Dự án Belene). Việc đánh giá chương trình CTF được thực hiện qua mô phỏng thực nghiệm BM ENTEK, vốn là bài toán chuẩn (ISP) dùng để khảo sát mô hình dòng sôi trong bó nhiên liệu lò phản ứng RBMK của Liên Bang Nga. Thang tỷ lệ nhỏ (meso) được kiểm chứng với thực nghiệm PSBT về đơn kênh, và đó cũng là bài toán chuẩn (ISP). Như thế, chương ba gồm các phần như sau:  Khái quát về lò phản ứng VVER-1000/V392;  Kiểm chứng mô hình mô phỏng bằng chương trình RELAP5 đối với lò VVER-1000/V392 trên cơ sở đối chứng với báo cáo phân tích an toàn;  Kiểm tra và đánh giá mô hình chuyển pha của chương trình CTF đối với thực nghiệm BM ENTEK;  Kiểm tra mô hình chuyển pha của Ansys CFX với thực nghiệm PSBT cho bài toán đơn kênh;  Kết luận. Những mục tiêu đặt ra của luận án ở chương một được giải quyết ở chương bốn theo trình tự như sau:  Sơ đồ tính toán; 3     Tính toán phân bố công suất bằng chương trình MCNP5; Mô phỏng sự cố LOCAs bằng chương trình RELAP5; Mô phỏng chuyển tiếp sự cố LOCAs bằng chương trình CTF Mô phỏng dừng tại thời điểm cụ thể trong sự cố LOCAs bằng chương trình CFX;  Kết luận. 2. Tổng quan về các mô hình chuyển pha trong các chương trình có thang tỷ lệ khác nhau Chương hai trình bày các nội dung như sau: 2.1 Tiếp cận bằng nhiều chương trình và nhiều thang tỷ lệ mô phỏng thủy nhiệt lò PWR; 2.1.1 Các chương trình tính toán nơtron và tính toán thủy nhiệt; 2.1.2 Các thang tỷ lệ khác nhau của các chương trình thủy nhiệt; 2.1.3 Các phương pháp tiếp cận mô phỏng thủy nhiệt khác nhau ; 2.2 Mô hình chuyển pha trong chương trình hệ thống RELAP5; 2.3 Mô hình chuyển pha trong chương trình phân tích kênh CTF; 2.3.1 Hóa hơi và ngưng tụ do chuyển pha nhiệt ; 2.3.2 Hóa hơi và ngưng tụ do pha trộn rối và trượt hệ số pha hơi; 2.4 Các mô hình chuyển pha trong chương trình thang tỷ lệ nhỏ (meso) CFX; 2.4.1 Hóa hơi ở tường; 2.4.2 Ngưng tụ trong khối chất lỏng; 2.5 Kết luận. Một cách tóm tắt, chương này nêu ra việc vận dụng nhiều chương trình và nhiều thang tỷ lệ đối với mô phỏng lò PWR, đặc biệt trong việc dự đoán hệ số pha hơi. Các mô hình chuyển pha trong các chương trình được vận dụng trong luận án này gồm RELAP5, CTF và CFX được trình bày một cách vắn tắt. 3. Kiểm tra và đánh giá mô hình chuyển pha bằng mô phỏng số Chương ba trình bày các nghiên cứu của luận án về kiểm tra và đánh giá các mô hình chuyển pha bằng mô phỏng số với các thang tỷ lệ khác nhau, cụ thể chương trình RELAP5 mô phỏng toàn bộ hệ thống của lò VVER-1000/V392, chương trình CTF mô phỏng thực nghiệm ENTEK BM và chương trình CFX mô phỏng thực nghiệm PSBT bài toán đơn kênh. Trên cở sở đó, tiến hành việc đánh giá độ chính xác trong dự đoán hệ số pha hơi của các chương trình đối với thực 4 nghiệm PSBT. Một cách tóm tắt, các kết quả khoa học đạt được của chương này như sau: 3.1 Kiểm tra mô hình mô phỏng bằng RELAP5 đối với lò VVER1000/V392 trên cơ sở so sánh với báo cáo phân tích an toàn Mục đích của phần này nhằm kiểm tra mô hình mô phỏng bằng chương trình RELAP5 được xây dựng bởi luận án đối với lò VVER1000/V392. Do đó, các kết quả được so sánh với báo cáo phân tích an toàn trong các kịch bản sự cố LOCAs. Việc so sánh thể hiện ở các kết quả trạng thái dừng, các thời điểm xảy ra sự kiện trong quá trình chuyển tiếp và biểu hiện của nhiệt độ đỉnh của vỏ bọc nhiên liệu 3.2.2 Kiểm tra mô phỏng trong trạng thái dừng Các kết quả cho thấy, các tính toán cho trạng thái dừng phù hợp với các giá trị thiết kế và các giá trị của báo cáo phân tích an toàn [35] thể hiện ở sai số giữa các giá trị này nằm trong khoảng 4%. Bảng 3.2 So sánh trạng thái dừng mô phỏng lò VVER-1000/V392 Tham số Đơn vị Công suất nhiệt lò phản ứng Áp suất lối ra của lò Nhiệt độ lối vào của lò Nhiệt độ lối ra của lò Mực nước bình điều áp (PRZ) Áp suất lối vào bình sinh hơi (SG) – bên hệ sơ cấp Lưu lượng tại lối vào của lò Mực nước tổng bình sinh hơi (SGs) Nhiệt độ nước cấp Nhiệt độ cực đại nhiên liệu Áp suất tại lối ra bình sinh hơi (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 ± 3 564.15+2-5 594.15±5 8.17 15.64 ± 0.3 Kết quả SAR [33] 3120 16.0 566.15 599.15 8.17 15.94 Kết quả 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± 5 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 bản sự cố  Các kết quả so sánh dãy sự kiện đối với sự kiện số 3 được trình bày trong bảng 3.4. Bảng 3.4 Dãy sự kiện số 3 theo SAR [35] và của luận án Thời điểm, s 0.00 Kết quả SAR Vỡ đôi đường ống chính tại lối vào của lò và mất toàn bộ điện lưới: - Khởi động Diesel (DGs) và các hệ thống an toàn trong tình huống Thời điểm, s 0.00 Kết quả luận án Sai số Vỡ đôi đường ống chính tại lối vào của lò và mất toàn bộ điện lưới: - Khởi động Diesel (DGs) và các hệ thống an toàn trong tình huống (hỏng một máy DG và một DG 5 0 0.03 0.04 1.90 7.00 17.0 30.0 40.00 60.00 63.00 117.00 500.00  (hỏng một máy DG và một DG khác đang trong tình trạng bảo dưỡng) - Dừng toàn bộ hệ thống vận ành bình thường; Xuất hiện tín hiệu dập lò do áp suất phía trên vùng hoạt dưới 14.70 MPa Ngưỡng khởi động bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) đạt đến Xuất hiện tín hiệu dập lò Bắt đầu phun nước vào vùng hoạt từ hệ tích nước HA-1 Mở các van hệ tích nước HA-2 kết nối tới vùng hoạt do áp suất xuống 1.50 MPa Kết nối tới các hệ tải nhiệt dư thụ động (SG PHRS) đối với SG 1, 2 Bắt đầu phun nước từ các bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) Các hệ tải nhiệt dư thụ động SG 1, 2 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 đang trong tình trạng bảo dưỡng) - Dừng toàn bộ hệ thống vận ành bình thường; 0.08 Xuất hiện tín hiệu dập lò do áp suất phía trên vùng hoạt dưới 14.70 MPa 0.05 0.03 Ngưỡng khởi động bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) đạt đến Xuất hiện tín hiệu dập lò Bắt đầu phun nước vào vùng hoạt từ hệ tích nước HA-1 Mở các van hệ tích nước HA-2 kết nối tới vùng hoạt do áp suất xuống 1.50 MPa Kết nối tới các hệ tải nhiệt dư thụ động (SG PHRS) đối với SG 1, 2 Bắt đầu phun nước từ các bơm hệ cấp nước vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) Các hệ tải nhiệt dư thụ động SG 1, 2 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 của vỏ bọc nhiên liệu (PCT) (a) (b) Hình 3.4 (a) Nhiệt độ đỉnh vỏ bọc tính toán bởi luận án, (b) Nhiệt độ đỉnh vỏ bọc từ SAR 6 0 1 2 0 0 15 0 2 0 Hình 3.4 cũng cho thấy các kết quả của luận án tương tự với kết quả của SAR khi so sánh nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu và thời gian làm mát vỏ bọc. Do vậy, mô hình mô phỏng của luận án phù hợp với mô hình tham chiếu SAR. 3.3 Kiểm tra và đánh giá mô hình của CTF với thục nghiệm BM ENTEK  Kết quả phân bố hệ số pha hơi dọc theo kênh Bảng 3.6 và bảng 3.7 trình bày kết quả tính toán phân bố hệ số pha hơi so sánh với thực nghiệm dọc theo kênh. Bảng 3.8 trình bày sai số giữa phân bố hệ số pha hơi do tính toán và thực nghiệm. Kết quả cho thấy, dự đoán phân bố hệ số pha hơi tính bằng CTF đối với các trường hợp cơ bản phù hợp với phân bố thực nghiệm với sai số tuyệt đối 0.03. Độ lệch lớn nhất (cỡ 0.1) chỉ xảy ra đối với một hoặc hai vị trí của các thí nghiệm T04 và T08. Đặc biệt, đối với năm thí nghiệm thực hiện tại áp suất 7 MPa (T17, T18, T22, T24 and T25), các kết quả tính toán phân bố hệ số pha hơi phù hợp với tực nghiệm với sai số tuyệt đối nhỏ hơn 0.03 dọc theo kênh. Bảng 3.6 Tính toán phân bố pha hơi cho trường hợp cơ bản và so sánh với thực nghiệm tại 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 0 0 0.027 0.178 0.493 0.635 T01c 0 0 0 0 0 0 0.003 0.155 0.591 0.706 T04x 0 0.006 0.015 0 0.002 0.002 0.043 0.136 0.299 0.472 T04c 0 0 0 0 0 0 0.022 0.157 0.459 0.584 T08x 0.003 0.01 0.001 0 0 0.206 0.621 0.756 0.83 0.86 T08c 0 0 0 0 0 0.088 0.574 0.759 0.842 0.877 T10x 0 0.001 0.006 0 0.006 0.165 0.398 0.541 0.652 0.74 T10c 0 0 0 0 0 0.067 0.342 0.608 0.723 0.771 T14x 0.002 0.001 0 0 0 0.24 0.484 0.594 0.646 0.718 T14c 0 0 0 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 hơi cho trường hợp cơ bản và so sánh với thực nghiệm tại áp suất 7MPa Z 0.385 0.948 1.573 2.322 2.947 4.01 4.823 T17x 0 0.004 0.006 0 0.009 0.002 0.017 T17c 0 0 0 0 0 0 0 T18x 0 0.003 0 0.009 0.089 0.275 0.405 T18c 0 0 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 0 0.03 0.134 0.496 0.616 T24x 0 0 0 0 0 0.1027 0.2814 T24c 0 0 0 0 0 0.076 0.25 T25x T25c 0 0 0 0 0 0 0.1548 7 0 0 0 0 0 0.001 0.123 5.448 6.135 6.76 0.033 0.079 0.194 0 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 giữa kết quả tính toán và thực nghiệm đối với phân bố hệ số pha hơi Z D(T01)* Heat mode D(T04) Heat mode D(T08) Heat mode D(T10) Heat mode D(T14) Heat mode 0.385 0 spl 0 spl -0.003 spl 0 spl -0.002 spl 0.948 0 spl -0.006 spl -0.01 spl -0.001 spl -0.001 spl 1.573 0 spl -0.015 spl -0.001 spl -0.006 spl 0 spl 2.322 0 spl 0 spl 0 spl 0 spl 0 subc 2.947 0 spl -0.002 spl 0 spl -0.006 spl 0 subc 4.01 0 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 0 spl 0 spl -0.001 spl 0 spl 0 spl 0.948 -0.004 spl -0.003 spl -0.018 spl 0 spl 0 spl 1.573 -0.006 spl 0 spl -0.015 subc 0 spl 0 spl 2.322 0 spl -0.009 subc -0.055 subc 0 subc 0 spl 2.947 -0.009 spl -0.084 subc -0.086 nucb 0 subc 0 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 8 subc nucb Nhận thấy rằng chương trình CTF có xu hướng dự đoán thấp hơn thực nghiệm khi hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 tương ứng bản đồ dòng chảy là bong bóng nhỏ. Tại các vị trí gần lối ra của kênh, khi mà giá trị thực nghiệm lớn hơn 0.2 tương ứng với miền sôi bão hòa, chương trình CTF lại có xu thế dự đoán cao hơn thực nghiệm. Như vậy, mô hình sôi của CTF cần được cải thiện cho cả chế độ sôi dưới bão hòa và sôi bão hòa sao cho hệ số pha hơi sinh ra phù hợp hơn đối với thực nghiệm. 3.4 Kiểm tra mô hình CFX đối với các thí nghiệm PSBT đơn kênh 3.4.6 Độ chính xác của kết quả mô phỏng CFX so sánh với thực nghiệm PSBT đơn kênh Kết quả cho thấy với hiệu chỉnh số Nusselt theo Ranz Marshall, CFX cho kết quả dự đoán pha hơi ứng với chế độ dòng bong bóng nhỏ và chế độ truyền nhiệt dưới nhiệt độ ngưng tốt hơn CTF. Bảng 3.24 So sánh kết quả tính toán bằng CFX và CTF đối với thực nghiệm đo hệ số pha hơi 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 9 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 quả cho thấy với hiệu chỉnh số Nusselt theo Warierr và với áp suất nhỏ hơn 122 bar và chế dòng chuyển tiếp sang bong bóng lớn tương ứng với chế độ truyền nhiệt sôi bão hòa CFX thường cho dự đoán dưới và CTF cho dự đoán trên thực nghiệm như trong bảng 3.25 Table 3.25 So sánh kết quả của CFX và CTF với thực nghiệm trong 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 hơi của CFX trong miền sôi bão hòa Bảng 3.28 chỉ ra hệ số pha hơi độ quá nhiệt (chênh lệch giữa nhiệt của tường và nhiệt bão hòa) trước và sau khi hiệu chỉnh được thể hiện tại các cột tương ứng “Void”, “Tsup” and “Void*”, “Tsup*”được tính toán bới CFX với hiệu chỉnh số Nusselt theo Kim và Park. 10 Table 3.28 Hệ số pha hơi và độ quá nhiệt trước và 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 và đánh giá các mô hình chuyển pha trong chương này có thể đưa ra các kết luận như sau: - Chương trình hệ thống RELAP5 với khả năng mô phỏng toàn hệ thống gắn với việc tải nhiệt từ vùng hoạt tới môi trường tản nhiệt cuối cùng đã được tiến hành với lò VVER-1000/V392 và các hệ thống an toàn liên quan. Với mục tiêu kiểm tra mô hình mô phỏng của luận án bằng chương trình RELAP5, thì kịch bản sự cố mất chất tải nhiệt do vỡ lớn (LBLOCA) trong tài liệu đáng tin cậy là báo cáo phân tích an toàn của dự án điện hạt nhân Belene (Bulgaria) được sử dụng để đối chứng với kết quả mô phỏng. Dựa trên các yếu tố: (a) độ lệch về thời điểm xảy ra các sự kiện đối với chuỗi sự kiện chính trình bày trong Bảng 10 tối đa là 15 giây; (b) Biểu hiện của nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu (PCT) trong khoảng 300 giây đầu tiên nhỏ hơn 1200 oC và thời gian làm mát hạ nhiệt vỏ bọc khoảng 280 giây như minh họa ở Hình 3.4, các kết quả cho thấy rằng mô phỏng của luận án phù hợp tốt với kết quả trình bày trong báo cáo phân tích an toàn (SAR). - Đối với dự đoán hệ số pha hơi trong vùng hoạt ứng với đường kính tương đương lớn của kênh thì chương trình hệ thống RELAP5 chưa thể là công cụ phù hợp. Điều này xuất phát từ hai lý do: (a) RELAP5 là chương trình mô phỏng một chiều (1D), do vậy kênh trung bình cũng như kênh nóng của vùng hoạt được mô hình hóa dạng một ống và do vậy có sự thay đổi hình học dòng chảy so với thực tế dẫn đến bản đồ chế độ dòng có thể thay đổi so với thực tế; (b) các mô hình 11 chuyển pha gần tường được trình bày trong các công thức (2.6) và (2.7) phụ thuộc vào nhiệt độ gần tường. - Các mô hình sôi của CTF có xu thế dự đoán thấp trong miền sôi dưới nhiệt độ ngưng khi hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 và có xu thế dự đoán cao hơn ở miền sôi bão hòa khi hệ số pha hơi lớn hơn 0.2. Với thí nghiệm ENTEK BM, kết quả dự đoán phân bố hệ số pha hơi đưa ra bởi CTF so với thực nghiệm khá chính xác trong hầu hết các trường hợp trong khoảng sai số phép đo (0.03) và độ lệch lớn nhất giữa CTF và thực nghiệm là 0.1 ở lối ra của kênh dẫn chỉ xảy ra tại một vài vị trí. - CFX đưa ra dự đoán pha hơi tốt trong miền sôi dưới nhiệt độ ngưng khi hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 với sai số 0.03 tương ứng với độ lệch (1σ). Vì vậy trong dải hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 trong miền sôi dưới nhiệt độ ngưng, nên sử dụng kết quả dự đoán hệ số pha hơi của 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 trên và CFX thường cho dự đoán dưới thực nghiệm. Do vậy có thể các đường dự đoán của CFX và CTF như là biên dưới và biên trên dọc theo kênh về dự đoán hệ số pha hơi. - Việc cải tiến dự đoán hệ số pha hơi cỉa CFX trong miền sôi bão hòa bằng tỷ lệ hóa 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 tương đối keff là 14x10-5). Tỷ lệ 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 phù hợp với phân bố công suất trong chu trình nhiên liệu đầu tiên [34]. Hình 4.6 Phân bố công suất theo chiều cao kênh nóng Để thiết lập mô hình trong CTF, cần có phân bố công suất của từng thanh nhiên liệu trong bó và kết quả tính toán được đưa ra từ chương trình MCNP5. Hình 4.7 đưa ra phân bố công suất cho từng thanh và hệ số công suất của thanh nóng nhất là 1.374. 13 Hình 4.7 Phân bố công suất các thanh nhiên liệu trong bó nóng nhất 4.4.1 Dự đoán hệ số pha hơi trong kênh nóng bó nhiên liệu lò phản ứng VVER-1000/V392 bằng RELAP5 và CTF Bảng 4.2 Các trường hợp nghiên cứu dự đoán hệ số pha hơi 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 hơi bởi CTF và RELAP5 cho LOCA+SBO  Độ chính xác cho mô hình dự đoán pha hơi - Mô hình hóa hình học của dòng chảy Mô hình dòng chảy trong RELAP5 là 1D, vì vậy dòng chảy qua kênh nóng của 312 thanh nhiên liệu được mô phỏng giống như dòng chảy trong một ống với đường kính tương đương 0.02538 m2 được trình bày trong bảng 2.8. Sự biến đổi hình học dòng chảy trong RELAP5 là nguyên nhân dẫn đến sự sai khác về chế độ dòng so với dòng chảy thực. Điều này ảnh hướng tới độ chính xác khi dự đoán hệ số pha hơi. Thêm nữa mô hình trong CTF là mô hình dòng chảy 3D như minh họa trong hình 4.2 với P=12.75 mm và D=9.1 mm. Do đó hình học ở thang tỷ lệ CTF được mô phỏng chính xác hơn. - Xác định nhiệt độ của chất lỏng gần tường Với mô hình của RELAP5, nhiệt độ được lấy là nhiệt độ trung bình bên trong thể tích kiểm soát. Vì vậy, nhiệt độ chất lỏng gần tường giống như nhiệt độ tại trung tâm của dòng chảy. Ví dụ, với diện tích dòng chảy 0.02538 m2 khoảng cách từ tâm dòng chảy đến tường gia nhiệt là 9 cm. Với mô hình của CTF với dòng chảy trong các hình học kênh như hình 4.2, và khoảng cách từ tâm dòng chảy đến tường là 0.275 cm. Có thể thấy rằng các mô hình vật lý cho sự biến đổi pha của RELAP5 và CTF trình bày trong các công thức 2.6), (2.7) và (2.8), (2.17), đều phụ thuộc vào enthalpy (nhiệt độ) của chất lỏng gần 15 tường, vì vậy CTF đưa ra enthalpy chất lỏng gần tường tốt hơn RELAP5 nên kết quả tính toán chuyển pha chính xác hơn. Bên cạnh đó, do không có sự biến đổi hình học như RELAP5 nên chế độ dòng chảy trong CTF là đáng tin cậy hơn. Dựa trên những lập luận và kết quả dự đoán hệ số pha hơi bởi CTF với áp suất 3 MPa đến 7MPa của hệ thực nghiệm ENTEK BM với độ chính xác chấp nhận được [33], từ đó có thể kết luận rằng CTF đưa ra kết quả dự đoán hệ số pha hơi tốt hơn RELAP5. 4.5 Dự đoán hệ số pha hơi cho đơn kênh bởi chương trình CFX Xác định trường hợp SB01003-09-37 dựa trên việc lấy trường hơp (SB01003) từ bảng 4.2 tại thời điểm 09 s từ khi chuyển tiếp và tại kênh 37 như hình 4.11. Hình 4.11 mặt cắt ngang 1/12 bó nhiên liệu mô hình hóa tròn CTF Dựa trên kết luận ở chương 3, các kết quả dự đoán hệ số pha hơi của CFX sẽ thay cho CTF đối với trường hợp hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2. Đối với miền sôi bão hòa ứng với chế độ dòng chuyển tiếp sang bong bóng lớn thì sẽ coi các kết quả của CTF và CFX như là các đường biên trên và dưới của dự đoán. Bảng 4.7Dự đoán hệ số pha hơi bằng CTF và CFX tại lối ra của 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 hơi dọc theo kênh bằng CTF và CFX 4.6 Dự đoán hệ số pha hơi cho bó bằng CFX Theo như kết luận của mục 3.5 chương 3, các kết quả của CTF trong chế độ dòng bong bóng nhỏ ứng với truyền nhiệt dưới nhiệt độ ngưng nên thay bằng kết quả của CFX và đối với miền sôi bão hòa các kết quả dự đoán của CTF và CFX được xem như các đường dự đoán trên và dưới. Để minh họa điều này cần lựa chọn các miền tính toán dưới nhiệt độ ngưng và bão hòa như trong các bảng 4.8 và 4.9. Bảng 4.8 Miền sôi dưới nhiệt độ ngưng cho khảo sát bằng 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 bằng 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 hiện dự đoán hệ số pha hơi bằng CTF và nên được thay bằng dự doán của CFX trong miền sôi dưới ngưng đối với các trường hợp LB01001-06, LB01002-07, SB0100314 và SB01004-30. Các đồ thị bên phải của hình 4.21 thể hiện các đường dự đoán hệ số pha hơi trên và dưới cho bởi CTF và CFX. Việc CTF dự đoán cao hơn CFX trùng với nhận định ở mục 3.4 và 3.5 trong chương 3. 18 Hình 4.21 Cải thiện hệ số pha hơi bởi CFX ở các đồ thị 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 phân bố công suất tính bởi chương trình tính toán MCNP5 cho chu trình nhiên liệu đầu tiên và được kiểm chứng như đề cập trong chương ba. - Chương trình CTF và CFX có thể sử dụng để dự đoán hệ số pha hơi trong vùng hoạt dựa trên cơ sở tham chiếu lẫn nhau. Với hệ số pha hơi nhỏ hơn 0.2 ứng với mô hình truyền nhiệt trong CTF là sôi dưới bão hòa, CTF có xu hướng dự đoán thấp hơn và trong trường hợp này nên sử dụng kết quả của CFX vì CFX đưa ra dự đoán tốt 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 dựng quy trình phân tích nhiều thang tỷ lệ để dự đoán hệ số pha hơi trong quá trình chuyển tiếp trên cơ sở sử dụng các chương trình máy tính: MCNP5, RELAP5 và CTF;  Xem xét việc kết hợp các chương trình CTF và CFX nhằm nâng cao khả năng dự đoán hệ số pha hơi của CTF. Có thể thấy cả hai nội dung nêu trên đã được giải quyết trong luận văn này. Quy trình phân tích nhiều thang tỷ lệ đối với hệ số pha hơi được giải quyết trong chương bốn trên cơ sở kiểm chứng các mô hình sôi của các chương trình với các thang 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 tại một thời điểm được chính xác hóa nhờ quá trình tham chiếu với chương trình CFX. 20
- Xem thêm -