Nghiên cứu hiện tượng chuyển pha trong vùng hoạt lò phản ứng (TT)

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
acrit)
■ Chế độ xuyến/sương mù xác định bởi hệ số pha hơi lớn hơn
acrit. 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 cứucủa 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


1.2

■
■
■
■
■

■
■
■
■
■

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.
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;
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;
■ 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 chuyến 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. Kiếm tra và đánh giá mô hình chuyến 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 thựcnghiệm 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
Bảng 3.2 So sánh trạng thái dừng mô phỏng lò VVERVVER1000/V392 trên cơ sở so sánh với báo cáo phân tích
Tham
số
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
VVER- 1000/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%.
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
Thời

0.
03
0.
04
1.
907.
00
17
.0
30
.0
40
.0
0
60
.0
0
63
.0
0
117.
00
500.
00

(hỏng một máy DG
và một DG khác
đang trong tình trạng

bảo dưỡng)
- Dừng
toàn bộ hệ
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)
Xuất
hiệnđạttínđến
hiệu dập
lò
Bắt đầu phun nước
vào vùng hoạt từ hệ
Mở các van hệ tích
nước HA-2 kết nối tới
vùng hoạt do áp suất
xuống
Kết nối1.50
tới MPa
các hệ tải
nhiệt dư thụ động
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
suấtphun từ bể
Kết thúc
tích nước HA-1vào
Bắt
cấp nước từ
vùngđầu
hoạt
bể
KếtHA-2
thúc tính toán

0.
08
0.
03
1.
90
6.
00
15
.0
0
30
.0

040
.0
0
75
.0
0
63
.0
011
5.
50
0.

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
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

Mở các van hệ tích
nước HA-2 kết nối tới
vùng hoạt do áp suất
xuống
Kết nối1.50
tới MPa
các hệ tải
nhiệt dư thụ động (SG
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
Bắt
hoạtđầu cấp nước từ bể
HA-2
Kết thúc tính toán

0.0
5
0.0
1
0
1
2
0

0
15
0
2
0


Run
No
1.22
31
1.22
11
1.43
21
1.43
23
1.52
21
1.22
21
1.24
21
1.32
21
1.22
33
1.21
21
1.62

21
1.22
12
1.22
34

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
Press Mass
Pow Inlet Exp. CFX CTF hea D(CF
ure
er
Tem Void
t

X)'
Flux
(kg/c (10 kg/ (kW p.
Mo
m)
)
( C)
de
m2h)
0.01 0.01 0.00 sub
150.2 10.87
60.0 299.
3
3
2
1
c
0.001
150.1 10.91
90.0 295. 0.03 0.07 0.07 sub
0.037
4
8
5
4
c
100.5 5.01
59.9 209. 0.04 0.00 0.00 sub
3
5

8
5
c
0.037
100.5 5.03
59.9 229. 0.04 0.06 0.08 sub
0.015
2
7
2
5
c
75.5 5.02
49.9 219. 0.04 0.06 0.08 sub
0.015
2
7
2
6
c
150.1 10.88
69.8 299. 0.04 0.03 0.00 sub
4
8
9
4
c
0.009
150.2 5.02
59.8 268. 0.05 0.07 0.04 sub

0.019
9
3
2
7
c
125.0 11.10
59.9 294. 0.05 0.08 0.05 sub
0.032
4
3
5
4
c
150.2 10.89
59.9 309. 0.06 0.07 0.02 sub
0.018
6
0
8
5
c
150.1 14.80
79.9 309. 0.06 0.07 0.02 sub
0.012
5
3
5
8
c

50.5 5.01
50.0 189. 0.07 0.04 0.10 sub
2
5
9
3
c
0.026
150.1 10.88
90.0 299. 0.07 0.10 0.10 sub
0.024
4
9
3
9
c
150.1 10.92
0.08 0.12 0.07 sub
60.1 314.
0.045
6
0
5
7
c
2

6

o

D(
CT
F)
0.0
0.0
36
0.0
0.0
38
0.0
39
0.0
0.0
0.0
01
0.0
0.0
0.0
28
0.0
30
0.0


1.1221
Kết quả cho thấy với hiệu
số Nusselt theo Warierr và với
169.1
10.95

áp suất nhỏ hơn 122 bar và chế dòng chuyển tiếp sang bong
49.9
bóng lớn tương ứng với chế độ truyền nhiệt sôi bão hòa CFX
329.7
0.087
thường cho dự đoán dưới và CTF cho dự đoán trên thực
0.109 3.25
0.032 3.25 So sánh kết quả của CFX và CTF với thực nghiệm trong
Table
subc
miền sôi bão hòa
0.022
-0.055Press Mass
Run
Po
Inle Exp CF CT hea D(CF D(C
No
ure
wer t
.
X
F
t
X)*
TF)
Flux
(kg/c (10 kg/ (k
Voi
Mo
Tem

)
W)
d0.4 0.4 0.4 de
m h)
p.
1.52 m
75.0
5.00
50. 243.
nuc 0.018 0.04
22
0
9
11
29
52
b
1
1.44 100.2 5.03
79. 248. 0.5 0.6 0.5 nuc 0.101 0.08
12
8
9
04
05
84
b
0
1.43 100.1 5.02
60. 268. 0.5 0.4 0.5 nuc 0.02

26
1
8
31
83
55
b
0.048 4
1.43 100.2 5.03
79. 248. 0.5 0.4 0.5 nuc 0.02
12
8
9
66
57
88
b
0.109 2
1.41 99.8
10.90
69. 304. 0.6 0.3 0.5 nuc 22
8
5
36
88
92
b
0.248 0.04
1.52 75.6
5.03

49. 263. 0.6 0.5 0.6 nuc 23
9
8
47
68
37
b
0.079 0.01
1.63 50.6
1.96
20. 238. 0.6 0.7 0.7 nuc 0.083 0.03
12
1
9
80
63
16
b
6
1.43 100.1 4.96
59. 289. 0.6 0.5 0.6 nuc 0.00
27
9
0
88
91
89
b
0.097 1
1.62 50.4

5.00
79. 199. 0.7 0.5 0.7 nuc 0.00
12
8
3
11
29
17
b
0.182 6
1.62 50.5
5.03
49. 239. 0.7 0.6 0.7 nuc 0.00
23
9
0
18
09
2
b
0.109 2
3.4.8 Nâng cao dự đoán lệ
ia hơi của CFX trong miền sôi bão
số p
hòa
2

6

2

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.
Run Voi Tsu Exp. Scalin M Delt Void Tsup D(CF
d
p
Void g
A
*
X)
aT * *
F
(K)
1.43 0.42 43.2 0.531 1.4
0.6
0.54
28.5
-0.103
(K)
1.2
26
8
8
5
4
1.43 0.40 62.5 0.566 1.4
0.7 2.4

0.55 48.6 -0.163
12
4
7
5
9
6
1.41 0.41 37.2 0.636 1.4
0.9 2.9
0.58 21.5 -0.226
22
1
3
4
1
1.52 0.52 39.2 0.647 1.4
3.0
0.63 19.9 -0.121
0.6
23
6
1
8
5
1.43 0.56 43.4 0.688 1.4
0.72 17.7 -0.121
0.8
1.0
27
7

9
1
6
1.62 0.71 35.2 0.718 1.4
0.8 3.2
0.73 27.9 -0.004
23
4
1
2
7
7
*D (CFX) = (Void - Exp. Void), D (CFX) = (Void* - Exp. Void)
Kết luận
Việc kiểm tra và đánh giá các mô hình chuyển pha trong

D(CF
X)
*0.013
-0.007
-0.052
-0.009
0.033
0.019


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
-


-

-

-

-

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 (1ơ). 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].


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],

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.


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 Mô tả
Diện
Đường kính Vị trí vêt vỡ

hợp
tích vết tương
vỡ (m ) đương (m)
LB010 LOCA lớn cộng với 0.11
0.374
Chân lạnh
01
SBO-1 lớn cộng với 0.095
LB010
LOCA
0.348
Chân lạnh
02
SB0100 SBO-2
LOCA nhỏ cộng với 0.07
0.298
Chân lạnh
3SB0100 SBO-1
LOCA nhỏ cộng với 0.05
0.252
Chân lạnh
4
SBO-2
2


(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

tường, vì vậy CTF đưa ra enthalpy chất lỏng gần tường tốt hơn
RELAP5 nên kết quả tính toán chuyến pha chính xác hơn. Bên
cạnh đó, do không có sự biến đối 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 thế 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 điếm 09 s từ khi chuyến 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
chuyến 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)_______________
(kênh
Trường hợp
CTF (bó) CTF
CFX
SB0l003-09-37
0.429 đơn)

0.444
0.4064
SB01003-14-34
0.173
0.152
0.1964
SB01003-16-15
0.094
0.1319
0.062
SB01003-16-30
0.146
0.1371
0.101
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
Inl
Outl Inlet
Inlet
Ma
Po
et
et

ss
wer
void
Pressure
(m
(m)
flo
(k

Inlet
temp


Table 4.9 Mien bao hda cho khao sat bang CFX

CTF va nen dnoc thay bang dn doan cua CFX trong
mien soi dudi ngnng doi vdi cac trnong hop
LB01001-06, LB01002-07, SB01003- 14 va
SB01004-30. Cac do thi ben phai cua hinh 4.21 the
hien cac dnong dn doan he so pha hoi tren va dndi
cho bdi CTF va CFX. Viec CTF dn doan cao hon
CFX trung vdi nhan dinh d muc 3.4 va 3.5 trong
chnong 3.



Axial channel length [m]
B-0 SB01004-30-CTF-NB A-A SB01004-30-CFX-NB

Axial channel length (m)

Hinh 4.21 Cái thien he so pha hoi bói CFX ó các do thi ben trái
va các dudng bien duái va bien tren cho du doán he so pha hoi
cho bói
các do thi ben phái


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
VVER- 1000/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.
Trong vùng sôi dưới nhiệt độ ngưng với hệ số pha hơi nhỏ (hệ
số pha hơi nhỏ hơn 0.2 trong CTF) kết quả của CFX chính xác
hơn và được sử dụng và trong vùng sôi bão hòa (xác định trong
CTF với hệ số pha hơi trong khoảng 0.2 đến 0.5) kết quả dự
đoán hệ số pha hơi bởi CTF và CFX là đường biên trên và biên
dưới đối với dự đoán hệ số pha hơi.
Có thể tóm tắt các kết quả chính của luận văn như sau:
5.1 Phát hiện mới và các kết quả đạt được của luận án
■ Đề xuất phương pháp tiếp cận ước lượng tốt nhất trong dự
đoán hệ số pha hơi bằng cách sử dụng nhiều chương trình tính

toán khác nhau và nhiều thang tỷ lệ bao gồm MCNP5,
RELAP5, CTF cho phân tích diễn biến hệ số pha hơi tại kênh
nóng vùng hoạt trong quá trình chuyển tiếp;
■ Trong phân tích hệ thống sử dụng chương trình RELAP5 cho
lò phản ứng VVER-1000/V392, đã chỉ ra được rằng nhiệt độ
gần tường được xác định không chính xác nếu mô phỏng cả
bó nhiên liệu là kênh nóng, khi đó mô hình chuyển pha trong
RELAP5 không đưa ra kết quả tin cậy dự đoán hệ số pha hơi.
■ Từ quá trình kiểm chứng kết quả của CTF với thực nghiệm
ENTEK BM cho thấy rằng: CTF có xu hướng dự đoán hệ số
pha hơi thấp hơn trong vùng sôi dưới nhiệt độ ngưng với hệ
số pha hơi nhỏ hơn 0.2 và CTF có xu hướng dự đoán cao hơn
trong vùng sôi bão hòa tương ứng với chế độ dòng chuyển
tiếp sang bong bóng lớn.
■ Từ quá trình kiểm chứng với thí nghiệm PSBT đơn kênh, mô
hình được thiết lập cho chương trình CFX của luận án đã đạt
được hội tụ với sai số tương đối (RMS) 1e-6 và ổn định hệ số
pha hơi với các nghiên cứu về độ nhạy đối với các mô hình
vật lý. Đối với vùng sôi dưới nhiệt độ ngưng ứng với chế độ
dòng bong bóng nhỏ (ag < 0.2), CFX đưa ra dự đoán hệ số
pha hơi với sai số khoảng ±0.03.
■ Trong vùng sôi bão hòa, mô hình sôi tường RPI trong CFX
không phân chia chính xác thông lượng nhiệt đối với các


thành phần: đối lưu, tôi (quenching) và hóa hơi và vì thế CFX
đưa ra dự đoán hệ số pha hơi thấp hơn trong vùng sôi bão hòa.
Luận án đã đề xuất cách hiệu chỉnh đường kính bong bóng
tách thành và tỷ phần cực đại cho hiện tượng tôi để nâng cao
độ chính xác của CFX trong dự đoán hệ số pha hơi trong miền

bão hòa.
■ Luận án chỉ ra một quy trình áp dụng các chương trình CTF
và CFX để dự đoán hệ số pha hơi như sau: (a) tại miền sôi
dưới nhiệt độ ngưng tương ứng với chế độ dòng bong bóng
nhỏ sẽ sử dụng kết quả của CFX; (b) tại miền sôi bão hòa
đường dự đoán hệ số pha hơi từ chương trình CTF và CFX
dọc theo kênh được sử dụng làm biên trên và biên dưới để dự
đoán hệ số pha hơi trong vùng hoạt.
5.2 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo
Áp dụng các chương trình dạng CFD để khảo sát hệ số pha hơi
trong vùng hoạt đến nay vẫn là một thách thức. Điều này xuất
phát từ tính phức tạp của các hiện tượng liên quan đến sôi và
thiếu các thực nghiệm trong điều kiện tương tự lò phản ứng
nước áp lực (PWR) để kiểm chứng và hiệu chỉnh các mô hình
của CFD. Dựa trên những nghiên cứu của luận án này có thể đề
xuất một số vấn đề cho các nghiên cứu tiếp theo.
■ Nghiên cứu cải tiến mô hình sôi tường RPI có trong chương
trình CFX ( và FLUENT) trong vùng sôi bão hòa. Do rằng đối
với mô hình sôi bão hòa thì nhiệt độ của chất lỏng là như
nhau ở mọi vị trí thậm chí là ở gần tường. Do đó, các hiện
tượng hóa hơi và tôi (quenching) phải đóng vai trò chủ đạo.
■ Tiến hành nhiều thí nghiệm với các điều kiện tương tự trong
lò phản ứng nước áp lực PWR để có được các phân bố hệ số
pha hơi là cơ sở để để kiểm chứng các mô hình hóa hơi và
ngưng tụ trong phần mềm CFX.
■ Nghiên cứu dự đoán hệ số pha hơi chính xác hơn bằng
chương trình CFX trên cơ sở chú trọng vào mô hình ngưng tụ
chẳng hạn các mô hình hiệu chỉnh số Nusselt trong các điều
kiện sôi khác nhau.