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 -
.PDF 
22 
85 
119 
