VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ------- ******* -------

1. VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM------- ******* ------- TÌM HIỂU ĐỘ SỤT ÁP TRONG MÔ HÌNH KÊNH TẢI NHIỆT CỦA LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Học viên: Lê Thị Thư Cán bộ hướng dẫn: CN. Lê Đại Diễn

2. NỘI DUNG CHÍNH • Chương1: Tổng quan vấn đề tải nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân. • Chương 2: Các phương trình trong cơ học chất lỏng. Hệ thức sụt áp trong dòng chảy của kênh tải nhiệt. • Chương 3: Tính toán minh họa độ sụt áp cho một số mô hình kênh tải nhiệt của lò phản ứng hạt nhân.

3. Chương1: Tổng quan vấn đề tải nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân. • Nguồn nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân - Quá trình phân hạch là nguồn gốc của sự phát sinh nhiệt - Đại lượng đặc trưng cho phân bố nhiệt lượng: • Nguồn nhiệt thể tích: q’’’ (w/m3) • Thông lượng nhiệt: q’’ (w/m2) • Mật độ tuyến tính: q’ (w/m) - Ảnh hưởng tới phân bố nhiệt (phân bố theo chiều cao, bán kính) • Hình dạng vùng hoạt (dạng hình trụ). • Cấu trúc bó nhiên liệu, khe chứa chất tải nhiệt • Thanh điều khiển. => Bản chất: Sự không đồng nhất trong vùng hoạt, sự không đồng đều trong quá trình cháy và nạp nhiên liệu.

4. Chấttảinhiệtmộtpha Do ma sát (vớithànhống) Do cáclướigiữ (grid spacer) Lốivàovàlốiravùnghoạt Độcaocủakênhtảinhiệt Biếnđổikíchthướcống Chấttảinhiệthaipha (kênhsôi) Cácnguyênnhângiốngchấttảinhiệtmộtpha. Sựbiếnđổiphahơi: Thànhphầnsụtáp do giatốclàđángkể. 2. Hiện tượng sụt áp trong dòng chảy

5. Chương 2: Các phương trình trong cơ học chất lỏng Hệ thức sụt áp trong dòng chảy của kênh tải nhiệt • CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRONG CƠ HỌC CHẤT LỎNG • Dòngchấtlàmnguộilưuthôngtronglòphảnứnghạtnhâncóthểlàdòngmộtphahoặchaipha (tùythuộcvàocôngnghệlò). • Dònghaiphatồntạitrongvùnghoạtlò BWR, vòngtảinhiệtthứcấptrongbìnhsinhhơilò PWR… • Đạilượngmôtảtrạngtháidònghaipha: • Hệsốrỗng (void fraction): tỷlệthểtíchphahơivàthểtíchtổng • Lượng (flow quality): tỷlệgiữatốcđộkhốicủahơivàtốcđộkhốitổng

6. Dòng một pha hơi Dòng sương mù Dòng chảy vành xuyến Dòng chảy túi Dòng chảy bọt Một pha lỏng

7. Mối liên hệ toán học: • Toán tử trung bình thể tích: • Toán tử trung bình diện tích: • Toán tử gradient của đại lượng vô hướng: • Toán tử divergence của đại lượng có hướng:

8. 1. Các phương trình bảo toàn tổng quát 1.1. Phương trình bảo toàn khối lượng • Định luật bảo toàn khối lượng: Trong môi trường liên tục, khối lượng của phần môi trường chiếm thể tích không gian V nào đó sẽ không đổi trong quá trình chuyển động. (1) (2) Phương trình (2) gọi là PT bảo toàn khối lượng ( phương trình liên tục)

9. 1. 2. Phươngtrìnhbảotoànđộnglượng (1) Tensoứngsuất: ĐL Hooke chomôitrườngđẳnghướng: • Nếuchấtlỏnglýtưởng: • Nếuchấtlỏngthực:

10. 1.2. Phương trình bảo toàn động lượng(2) • Nguyên lý D’alembert: Tại mỗi thời điểm các lực hoạt động, phản lực liên kết tác dụng lên cơ hệ và các lực quán tính của các chất điểm thuộc cơ hệ tạo thành hệ lực cân bằng. (3) (4) Phương trình (4) gọi là PT bảo toàn động lượng

11. 1.3. Phương trình bảo toàn năng lượng • Định luật thứ I của nhiệt động lực học: Tốc độ biến thiên theo thời gian của động năng và năng lượng bên trong (nội năng) bằng tổng công cơ học của lực ngoài trên một đơn vị thời gian và năng lượng nhiệt thêm vào hệ trên một đơn vị thời gian. (5) , , , (6) Nội năng tích lũy (stagnation internal energy) Phương trình (6) gọi là PT bảo toàn năng lượng.

12. 2. Phương trình vận chuyển(1) (7) • Quy tắc Leibnitz: vi phân của tích phân hàm f được cho bởi công thức Phát triển quy tắc trong tích phân 3 chiều của hàm f trên thể tích V được bao quanh bởi biên S: (8) Vs là vận tốc tức thời của mặt S. Với C là một thuộc tính nào đó, tốc độ thay đổi C theo tốc độ thay đổi thuộc tính cục bộ và sự thoát ra từ bề mặt: (9) Mở rộng cho tốc độ thay đổi lượng C gây bởi ảnh hưởng bên ngoài, bề mặt: (10) (Φ là tốc độ thêm vào của c /đơn vị khối lượng; J.n là tốc độ mất của C trên Sn)

13. 2. Phương trình vận chuyển(2) (11) • Từ (8), (9) và (10) trong thể tích V bất kỳ: • PT khối lượng: c = 1, J = 0, Φ = 0 • PT mômen: • PT năng lượng: (12) (13) (14) ,

14. 3. Phương trình bảo toàn trong dòng chảy hai pha một chiều • Từcác PT (2), (4) và (6) xâydựngtươngứngđượccác PT bảotoàntrongdònghaiphamộtchiều: • PT bảotoànkhốilượng: • PT bảotoànđộnglượng: • PT bảotoànnănglượng: (15) (16) (17)

15. 4. PT vận chuyển dòng hai pha một chiều (18) • ứngdụng PT (12), (13) và (14) chodònghaiphamộtchiều, biêncốđịnh: • PT khốilượng: • PT độnglượng: • PT nănglượng: (19) , (20) (21) (22) (23)

16. B. Hệthứcsụtáptrongdòngchảycủakênhtảinhiệt (1) (24) • Từ PT bảotoànđộnglượng (16), biếnđổivớiđiềukiệndòngchảyổnđịnhvàdiệntíchkênhkhôngđổi: Hay, (25) Thành phần sụt áp: (26) (27) (29) (30) (28)

17. B. Hệthứcsụtáptrongdòngchảykênhtảinhiệt (2) • Dòngchảymộtpha Giảthiếtđộsụtáp do ma sátcódạng: Bỏ qua thànhphầnsụtáp do hìnhdạng, tađược: (31) (32) (33)

18. 2. Hệthứcsụtáptrongdòngchảyhỗnhợphaipha (1) (34) Giả thiết mật độ nhiệt tuyến tính phân bố trong kênh có dạng hàm điều hòa: Dọc trục kênh, ta xác định tọa độ điểm sôi: (35) • Độ dài từ đầu vào tới vị trí ZB gọi là độ cao không sôi (non-boiling height) • Độ dài từ ZB tới đầu ra của kênh gọi là độ cao sôi (boiling height)

19. 2. Hệthứcsụtáptrongdòngchảyhỗnhợphaipha (2) Ma sát Nếu |x’’|>|x’| Trọng lực Nếu |x’’|<|x’| Gia tốc

20. Chương 3Tính toán minh họa độ sụt áp cho một số mô hình kênh tải nhiệt của lò phản ứng hạt nhân

21. 1. Kênhtảinhiệtcủalòphảnứngkiểunướcáplực (PWR) (1) • Kết quả độ sụt áp khi tốc độ khối đầu vào biến đổi: • Thành phần sụt áp do gia tốc không đổi: Δp(gravity) = 27,605 kPa • Thành phần sụt áp do ma sát biến đổi:

22. 1. Kênhtảinhiệtcủalòphảnứngkiểunướcáplực (PWR) (2)

23. 2. Kênhtảinhiệtcủalòphảnứngkiểunướcsôi (BWR) (1) • Khi tốc độ khối thay đổi, kết quả tính toán thu được như sau:

24. 2. Kênhtảinhiệtcủalòphảnứngkiểunướcsôi (BWR) (2) Sự ảnh hưởng của thông lượng khối tới các thành phần sụt áp trong kênh nhiệt lò BWR.

25. 2. Kênhtảinhiệtcủalòphảnứngkiểunướcsôi (BWR) (3) Ảnh hưởng của thông lượng khối lên chất lượng dòng chảy với điều kiện enthalpy đầu vào và thông lượng nhiệt cố định.

26. 2. Kênhtảinhiệtcủalòphảnứngkiểunướcsôi (BWR) (4) Mối liên hệ giữa các thành phần sụt áp và số Renol

27. KẾT LUẬN • Giớithiệutổngquanvềvấnđềtảinhiệttronglòphảnứnghạtnhân. việcnghiêncứuvàphântíchcáchiệntượngthủynhiệtlàvôcùngquantrọng. • Thấyđượctầmquantrọngvềvấnđềsụtáptrongquátrìnhtảinhiệt. Đảmbảohiệusuấttảinhiệtlàcaonhất • Xâydựngcácphươngtrìnhbảotoàn, vậnchuyểnkhốilượng, độnglượng, nănglượng, làmcơsởchoviệctínhtoáncáchiệntượngthủynhiệt. Xâydựngbiểuthứctínhtoánđộsụtápápdụngtrongkênhtảinhiệt. • Tínhtoán minh họađộsụtáptrongkênhnhiệtcủahaikiểulòphảnứng PWR và BWR. Đồthị minh họa. • Nhậnxétkếtquảtínhtoánthuđượcthông qua sốliệuthuđược. Sựđónggópđộsụtáp do ma sátlàlớnnhất. So sánhsựkhácnhauvềđộsụtáptronghaikiểulòkhidòngchấtlưucùngtốcđộkhốiđầuvàođểthấyđượcsựảnhhưởngcủadònghaiphatớiđộsụtáptrongkênhtảinhiệt.