Tính toán một số tham số thủy nhiệt cho thanh nhiên liệu trong bó nhiên liệu 16x16 lò PWR bằng chương trình COBRA - IV

[Đồ án] Tính toán một số tham số thủy nhiệt cho thanh nhiên liệu trong bó nhiên liệu 16x16 lò PWR bằng chương trình COBRA - IV

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đại Diễn và các anh chị trong trungtâm An toàn hạt nhân - Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đã giúp em hoànthành tốt đợt thục tập này Em cũng gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Kim Tuấn vàcác thầy trong Viện Kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường - Đại học Bách khoa

Hà nội đã tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đợt thực tập này

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

BẢNG MỘT SỐ KÝ TỰ TOÁN HỌC 6

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÓ NHIÊN LIỆU 10

TRONG LÒ PHẢN ỨNG PWR 10

1.Tổng quan về bó nhiên liệu trong lò phản ứng PWR: 10

1.1 Các thành phần chính trong bó nhiên liệu 11

1.1.1 Viên nhiên liệu: 11

1.1.2 Thanh nhiên liệu: 12

1.1.3 Lưới giằng 14

1.2 Các thông số của bó nhiên liệu dạng 16x16 sử dụng cho lò PWR: 16

1.3 Một số loại bó nhiên liệu được sử dụng cho các cấu hình lò khác nhau: .17 1.3.1.Lò PWR 3 Loop của Mitsubishi: 17

1.3.2 APR1400 (Hàn Quốc): 18

1.3.3 VVER-1000 (Nga) 20

CHƯƠNG II MÔ HÌNH KÊNH TẢI NHIỆT VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH BẢO TOÀN CHO MÔ HÌNH KÊNH TẢI NHIỆT 22

1 Mô hình kênh tải nhiệt (subchannel) 22

2.1 Các phương trình bảo toàn áp dụng cho subchannel: 23

2.2 Các phương trình bảo toàn áp dụng cho mô hình subchannel: 29

2.2.1.Phương trình bảo toàn khối lượng: 29

2.2.2 Phương trình bảo toàn năng lượng: 30

2.2.3 Phương trình bảo toàn mômen động lượng trục: 33

CHƯƠNG III TIÊU CHUẨN AN TOÀN CHO ĐẠI LƯỢNG DNBR 37

3.1 Định nghĩa: 37

3.2 Tiêu chuẩn tới hạn DNBR: 39

CHƯƠNG IV GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH COBRA-IV VÀ ỨNG DỤNG TRONG MỘT SỐ BÀI TOÁN CỤ THỂ 42

4.1 Giới thiệu về chương trình COBRA-IV: 42

4.2 Ứng dụng chương trình COBRA-IV trong tính toán cụ thể: 44

4.2.1 Bài toán 1: Tính toán một số tham số thủy nhiệt cho bó nhiên liệu (16x16) của lò phản ứng PWR trong trường hợp hoạt động bình thường: 44

4.2.1.1 Yêu cầu bài toán 1: 44

4.2.2 Bài toán 2: Tính toán một số tham số thủy nhiệt cho thanh nhiên liệu trong bó nhiên liệu (16x16) của lò phản ứng PWR trong trường hợp chuyển tiếp: Thanh điều khiển bị đẩy ra ngoài (rod-ejection) 44

4.2.2.1 Hiện tượng Rod-ejection: 44

4.2.2.2: Yêu cầu bài toán 2: 45

4.3 Xây dựng input: 46

4.3.1.Các thống số hình học và các hệ số về nhiệt, áp suất…cho các thành phần trong kênh tải nhiệt 46

4.3.2.Mô hình kênh tải nhiệt ( subchannel) được sử dụng: 48

4.4.2 Kết quả cho bài toán 2: 57

4.4.2.2 Kết quả phần phân bố nhiệt độ: 63

4.4.3 So sánh kết quả: 68

4.4.3.1 So sánh kết quả cho bài toán 1: 69

4.4.3.1.1 So sánh giá trị DNBR: 69

4.4.3.2 So sánh kết quả cho bài toán 2: 70

4.4.3.2.1 So sánh giá trị DNBR: 70

4.4.3.2 So sánh giá trị enthalpy biến thiên theo thời gian: 72

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

: Vectơ thông lượng nhiệt.

V: thể tích được kiểm soát

A: Bề mặt bao quanh thể tích kiểm soát V

u : Vận tốc của chất lỏng

n



: Véctơ pháp tuyến bề mặt ngoài

e: Năng lượng bao gồm năng lượng nhiệt bên trong i và động năng ( 2

2

u

e i  )

Q : Vectơ bất kỳ của Thông lượng bề mặt

W: Đại lượng đại diện cho vách chất rắn ( solid wall)

F: Đại lượng đại diện cho một phần chất lỏng của A

K: chất lỏng dẫn nhiệt

F

T : nhiệt độ cục bộ riêng của chất lỏng

T : nhiệt độ của viền bao chất rắn

Q : Tổng năng lượng đầu vào thể tích V

f : đại lượng ma sát không thứ nguyên

K: hệ số tổn hao toàn bộ

MỞ ĐẦU

Trong tính toán và phân tích an toàn cho lò phản ứng hạt nhân thì việcphân tích an toàn thủy nhiệt đóng một vai trò quan trọng Trong phân tích tínhtoán an toàn thủy nhiệt cho các hệ thống của nhà máy điện hạt nhân thôngthường người ta chia thành hai lớp bài toán như sau:

Lớp bài toán thứ nhất: Sử dụng các chương trình tính toán thủy nhiệt đểđánh giá toàn bộ hệ thống , bao gồm các thiết bị chính như: Bình sinh hơi, vùnghoạt lò phản ứng, bình điều áp ,bơm tải nhiệt…Các phần mềm hay các chươngtrình như vậy gọi là các chương tình tính toán hệ thống ( system code) Ví dụ như: RELAP ( Mỹ), CATHARE (Pháp)…Tuy nhiên trong phân tích và tính toán hệthống cho các thiết bị có kích thước lớn với kết cấu phức tạp bao gồm nhiều chitiết Do vậy mà trong các chương trình tính toán hệ thống người ta thường đơngiản hay đồng nhất hóa các chi tiết nhỏ trong cùng một thiết bị lớn Cũng vì lẽ đó

mà chương trình sẽ không tính toán đến các thành phần chi thiết của thiết bị, ví

dụ như vùng hoạt lò phản ứng gồm hàng trăm bó nhiên liệu với cấu trúc vô cùngphức tạp nhưng trong các chương trình tính toán và phân tích hệ thống chỉ chiavùng hoạt thành một số hữu hạn các phần tử Vì vậy mà không thể mô tả đượcchi tiết các hệ số thủy nhiệt của bó nhiên liệu trong vùng hoạt Do đó để giảiquyết vấn đề này người ta đưa ra lớp bài toán thứ hai là việc đi sâu vào tính toán

mô hình, hệ số chi tiết của các thanh nhiên liệu trong vùng hoạt Và các chươngtrình tiến hành tính toán cho bài toán này được gọi là các chương trình tính toánthành phần ( subchannel code hay component code) Ví dụ : COBRA( Mỹ) ,

tiếp Do vậy với hướng nghiên cứu tính toán một số tham số thủy nhiệt cho thanhnhiên liệu trong bó nhiên liệu 16x16 lò PWR thì chương trình COBRA-IV là lựachọn phù hợp hơn cả.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÓ NHIÊN LIỆU

TRONG LÒ PHẢN ỨNG PWR 1.Tổng quan về bó nhiên liệu trong lò phản ứng PWR:

Trong vùng hoạt của lò phản ứng hạt nhân chứa các bó nhiên liệu mỗi bónhiên liệu là tập hợp của nhiều thanh nhiên liệu được xếp lại với nhau thành mộthình hộp và được cố định trong không gian bằng các lưới giằng (grid spacer).Bên cạnh đó bản thân các bó nhiên liệu cũng có những bộ phận để cố định nó khiđặt vào trong thùng lò

Mỗi một bó nhiên liệu trong lò PWR chứa khoảng 236 thanh nhiên liệu(trong một mảng 16x16=256, 20 vị trí còn lại dùng để đặt năm ống dẫn, Mỗi ốngdẫn chiếm chỗ của 4 ô, dùng để đặt các thiết bị điều khiển) Thiết bị bên trongvùng hoạt được lắp đặt ở trong các ống dẫn được lựa chọn nằm giữa các thanhnhiên liệu

Ngoài ra, phải thiết kế những khoảng không gian trong bó nhiên liệu đểchất tải nhiệt chảy qua, và để đưa các thanh điều khiển đi vào vùng hoạt

Hình 1.1: Mặt cắt ngang của bó nhiên liệu (dạng 16x16)

1.1 Các thành phần chính trong bó nhiên liệu

Bó nhiên liệu trong lò phản ứng PWR bao gồm các thành phần cơ bản sau đây :

- Viên nhiên liệu

- Thanh nhiên liệu

- Lưới giằng

1.1.1 Viên nhiên liệu:

Nhiên liệu sử dụng chính trong lò phản ứng hạt nhân là UO2, phổ biếnnhất là hỗn hợp UO2 và PuO2 hay còn gọi là nhiên liệu oxit hỗn hợp (MOX).Nhiên liệu sử dụng trong lò phản ứng có độ giàu thấp khoảng từ 3-5%, chế tạodưới dạng các viên gốm và được đặt trong ống zircaloy tạo thành các thanh

nhiên liệu Đặc điểm chính trong việc sử dụng UO2 làm nhiên liệu là điểm nóngchảy của viên nhiên liệu cao, bền với chiếu xạ

Hình 1.2: Viên nhiên liệu dạng viên gốm UO2 sử dụng trong lò PWR

1.1.2 Thanh nhiên liệu:

Các thanh nhiên liệu được cấu thành từ các viên gốm UO2 được đưa vàocác ống kín vỏ bọc nhiên liệu được làm bằng hợp kim Zircalloy, có khả năngchịu áp, được hàn kín hai đầu Zircaloy được sử dụng làm nguyên liệu của vỏthanh nhiên liệu Zircaloy có tiết diện hấp thụ notron thấp và có nhiều tính chấthóa học tốt, phổ biến nhất là Zircaloy – 2 Khoảng trống giữa nhiên liệu và lớp

vỏ được lấp đầy bởi khí helium có tác dụng không cho viên nhiên liệu tiếp xúcvới lớp vỏ và để làm tăng khả năng dẫn nhiệt giữa nhiên liệu và lớp vỏ

Thanh nhiên liệu Bó nhiên liệu

Hình 1.3: Thanh nhiên liệu và bó nhiên liệu trong lò PWR

Trong quá trình hoạt động, tổng lượng khí có thể tăng vì khí phân hạchđược sinh ra (Krypton, Xenon …) Nếu xảy ra tai nạn mất chất tải nhiệt (Loss ofCoolant Accident - LOCA) hoặc tai nạn khởi phát độ phản ứng (ReactivityInitiated Accident - RIA) khi đó nhiệt độ và áp suất của các khí này tăng có thể

làm vỡ lớp vỏ Sự ăn mòn và chiếu xạ vào lớp vỏ cũng làm biến đổi tính chất củaZiraloy

Độ phản ứng dự trữ được duy trì nhờ sử dụng các chất có khả năng hấpthụ neutron, hạn chế phản ứng phân hạch một cách ồ ạt, làm diễn biến công suấttheo thời gian không đều Một lò phản ứng khi đưa vào vận hành, để có đượccông suất theo thiết kế trong thời gian dài, nhiên liệu đưa vào lò phản ứng ở thờiđiểm ban đầu phải có một độ phản ứng dự trữ nào đó

Trong lò phản ứng nước áp lực PWR, người ta thường sử dụng dung dịch

Bo, và hệ thống thanh điều khiển được đưa vào vùng hoạt lò phản ứng để thựchiện nhiệm vụ trên Khi vùng hoạt lò phản ứng hoạt động ở mức công suất phátđiện ổn định, các thanh điều khiển phần lớn thường được đưa ra ngoài, do đóviệc duy trì độ phản ứng trong vùng hoạt chủ yếu dựa vào việc sử dụng dungdịch Bo, Bo sẽ làm cho hệ số nhiệt độ của chất làm chậm (MTC- moderatortemperature coefficient) dương ở một số phần của vùng hoạt Để giải quyết vấn

đề này người ta đưa các thanh chứa chất hấp thụ( Lumped Burnable Poison –LBP) chèn vào thanh nhiên liệu Các thanh LBP này giữ vai trò quan trọng trongviệc điều khiển phân bố công suất lò phản ứng với khả năng làm giảm độ phảnứng trong những bó nhiên liệu có độ làm giàu cao

1.1.3 Lưới giằng

Lưới giữ nhiên liệu giúp cho việc cố định hệ thống các thanh nhiên liệubằng cách giữ chặt bên hông thanh nhiên liệu những vẫn cho phép các thanhnhiên liệu dịch chuyển theo chiều thẳng đứng Vật liệu sử dụng để tạo nên các

và dưới đáy là inconel) Các đai lưới giữ được xếp lại với nhau theo hình “khayđựng trứng” như hình dưới :

Hình 1.4: Lưới giằng của bó nhiên liệuMỗi ô của lưới giữ chứa 2 “lá nhíp - leaf spring” và 4 “arch” Những lànhíp ép thanh nhiên liệu tì vào arch, để hạn chế chuyển động của thanh trong quátrình lò phản ứng vận hành Zircaloy-4 được sử dụng làm các ống dẫn và cáclưới giữ đặt trong miền hoạt động của nhiên liệu, vì những tính chất tương tácvới neutron của loại vật liệu này 10 tấm lưới làm bằng zircaloy được hàn chặtvới các ống dẫn (cũng được làm bằng zircaloy-4), mỗi lưới hàn với ống dẫn ở 8

vị trí, 4 điểm trên bề mặt lưới và 4 ở mặt dưới của lưới

1.2 Các thông số của bó nhiên liệu dạng 16x16 sử dụng cho lò PWR:

Số ống ( mối ống chiếm vị trí của 4 thanh) 5

Đường kính ngoài thanh nhiên liệu (mm) 9,7

Đường kính ngoài viên nhiên liệu (mm) 8,27

Mật độ của nhiên liệu (g/cm3) 10,36-10,58

1.3 Một số loại bó nhiên liệu được sử dụng cho các cấu hình lò khác nhau:

Ngày nay do yêu cầu về công suất và an toàn mà với mỗi loại lò khác nhau

hợp với mục đích của mình Sau đây là một vài loại lò phỏ biến cùng với những

mô hình bó nhiên liệu tương ứng

1.3.1.Lò PWR 3 Loop của Mitsubishi:

Vật liệu vỏ thanh nhiên liệu Zircalloy-4

Bảng 1.2: Một số thông số cho lò PWR 3 lôp của Mitsubishi

Hình 1.5: Lò 3 loop của Mitsubishi

1.3.2 APR1400 (Hàn Quốc):

Lò APR-1400 của Hàn Quốc với công suất lò 1400MWe được thiết kế với

bó nhiên liệu dạng 15x15 cho một bó thanh nhiên liệu Lò APR-1400 có tổngcộng 56876 thanh nhiên liệu với 93 thanh điều khiển cho bó nhiên liệu

Hình 1.7: Mô hình bó nhiên liệu trong lò APR-1400

Tổng số thanh nhiên liệu 58876

1.3.3 VVER-1000 (Nga)

Hình 1.8: Mặt cắt ngang bó nhiên liệu lòVVER-1000

Bó nhiên liệu trong lò VVER-1000 bao gồm 312 thanh nhiên liệu, 18thanh dẫn và 1 thanh trung tâm 312 thanh nhiên liệu này được xếp lại với nhautạo thành một hình lục lăng Vị trí các thanh dẫn và thanh trung tâm được miêu

tả như hình vẽ bên Kích thước các thanh trong bó nhiên liệu của lò VVER-1000được tham khảo ở bảng dưới đây:

Thành phần Giá trị

Đường kính trong thanh trung tâm, cm 0.960

Đường kính ngoài thanh trung tâm, cm 1.125

Bảng 1.3: Một vài thông số về thanh nhiên liệu lò VVER-1000

CHƯƠNG II MÔ HÌNH KÊNH TẢI NHIỆT VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH

BẢO TOÀN CHO MÔ HÌNH KÊNH TẢI NHIỆT

1 Mô hình kênh tải nhiệt (subchannel)

Trong phân tích và tính toán an toàn thủy nhiệt cho vùng hoạt của lò phảnứng hạt nhân mà cụ thể là các bó và thanh nhiên liệu người ta chia diện tíchdòng chảy của một bó thanh nhiên liệu hạt nhân thành các mô hình nhỏ để tiệnlợi và dễ dàng hơn trong tính toán, mỗi mô hình này được gọi là một subchannel

Hình 2.1 : Mô hình kênh tải nhiệt

Xét trên một quy mô nhỏ thì các thanh nhiên liệu chia toàn bộ diện tíchdòng chảy thành các subchannel nhỏ và các subchannel này liên kết với nhauqua các khe hẹp

Có nhiều cách chia subchannel khác nhau, việc chia subchannel tùy thuộcvào yêu cầu của bài toán

Việc sử dụng các subchannel sẽ thuận tiện cho việc tính toán và nâng cao

độ chính xác của bài toán Bởi lẽ khi tính toán một thiết bị hay hệ thống có kíchthước lớn việc dồng nhất hóa số liệu cũng như bỏ qua các đống góp về nhiệt độ,

áp suất … của các chi thiết hay thành phần nhỏ là không thể tránh khỏi Vì vậyviệc chia toàn bộ hệ thống hay thiết bị thành các subchannel làm cho kết quả tínhtoán chính xác hơn

2.1 Các phương trình bảo toàn áp dụng cho subchannel:

Các phương trình bảo toàn cơ bản:

Định luật bảo toàn khối lượng: Trong một môi trường liên tục, khối

lượng của phần môi trường chiếm thể tích không gian V nào đó sẽ giữ nguyên không đổi trong quá trình chuyển động.

Phương trình bảo toàn khối lượng:

  : Đạo hàm của thể tích V theo thời gian.( sự biến thiên của thể tích V

theo thời gian t)

Phương trình bảo toàn năng lượng:

Định luật bảo toàn năng lượng:

Định luật bảo toàn năng lượng đối với quá trình nhiệt động lực bất kỳ

được phát biểu như sau: “Tốc độ biến thiên theo thời gian của động năng và nội

năng bằng tổng công cơ học của lực ngoài trên một đơn vị thời gian và năng lượng nhiệt thêm vào hệ trên đơn vị thời gian”.

Vế trái của phương trình là tốc độ biến thiên của động năng và nội năng

trong thể tích V Vế phải của phương trình:

[ ( ) ]

V  f u r dV

   : Thành phần tổng các lực ngoài tác động lên chất lỏng.

Với f

: tổng tất cả các lực tác động lên chất lỏng

T

: tensor ứng suất của bề mặt

e: Năng lượng bao gồm năng lượng nhiệt bên trong i và động năng ( 2

2

u

e i  )r: nội năng nhiệt phát ra trên mỗi đơn vị khối lượng từ tất cả các nguồn

q: véctơ thông lượng nhiệt

Phương trình bảo toàn mômen động lượng:

Định luật bảo toàn mômen động lượng: Độ biến thiên về động lượng

bằng tổng công của các lực ngoài tác động lên hệ.

: Thành phần lực mặt và lực bên ngoài tác động lên thể tích V.

Hình 2.2: Mô hình kênh tải nhiệt

Bề mặt A của thể tích kiểm soát V được giả sử là bao gồm cả phần váchchất rắn và phần chất lỏng nhằm dễ dàng chia các tích phân bề mặt trong các cácphương trình cân bằng thành hai phần Xét một thông lượng mặt tùy ý Q ta có:

W W

A Q n dA Q n dA F Q n dA F

                     (2.4)

Các thành phần chất lỏng và chất rắn của tích phân bề mặt truyền nhiệt sẽđược khai triển bằng định luật Fourier và tích của hệ số thực nghiệm nhiệt bềmặt H và chênh lệch nhiệt độ tương ứng:

W W

A q n dA F K T n dA  H T  T dA F

        (2.5)

Trong đó K là chất lỏng dẫn nhiệt TF là nhiệt độ cục bộ riêng của chất lỏng

và TW là nhiệt độ của viền bao chất rắn

Tensor ứng suất T có thể được viết dưới dạng tổng của các thành phầnthủy lực p và tensor ứng suất của độ nhớt 

Vế trái của phương trình (2.8) là sự kết hợp của nội năng i bằng việc xácđịnh enthalpy h ( h=i+p) Dẫn xuất của áp suất có thể được bỏ qua đối vớinhững dòng chảy tốc độ thấp.

Từ những định nghĩa và giả thiết trên , áp dụng cho những tích phân cânbằng ban đầu , phương trình (2.1) ,( 2.2) và (2.3) có thể được viết lại như sau:

Phương trình bảo toàn khối lượng:

   : Lượng chất lỏng ra vào thể tích V cho trước

Phương trình bảo toàn năng lượng:

2.2 Các phương trình bảo toàn áp dụng cho mô hình subchannel:

2.2.1.Phương trình bảo toàn khối lượng:

Phương trình (2.9) có thể được áp dụng trực tiếp cho subchannel trongmột thể tích kiểm soát Với { T}

{ T}

D v S: Biến thiên thể tích đưa vào và đi ra thể tích V cho trước theophương qua khe S giữa hai thanh nhiên liệu kề nhau ( hình 2.2)

2.2.2 Phương trình bảo toàn năng lượng:

Diện tích trung bình của thông lượng nhiệt bề mặt từ các thanh nhiên liệu

và từ thành ống có thể được xác định bằng cùng một cách như mức diện tíchtrung bình cho các luồng đối lưu Tuy nhiên hầu hết các bề mặt nhiệt được sửdụng đã bao hàm phần lớn bề mặt trung bình và các yêu về nhiệt độ của chấtlỏng Do đó rất tiện lợi khi chia nhỏ diện tích trung bình và sử dụng ma trận cácthanh nhiên liệu và các vách giới hạn của kênh để tính toán truyền nhiệt bề mặtđối với thể tích kiểm soát Tổng nhiệt đầu vào từ các thanh đến thể tích V là:

Với H là hệ số truyền nhiệt bề mặt [D r] và {T} là độ chênh lệch về nhiệt

độ giữa nhiệt độ bề mặt của thanh và nhiệt độ cao của kênh

Hình: 2.2: Hình học dẫn nhiệt bên của dòng chảyXét hiện tượng dẫn nhiệt của phần chất lỏng qua khe khí giữa 2 kênh I và

k như mô tả ở hình (2.2) Tổng tốc độ đẫn nhiệt QC qua bề mặt khe khí S có thểđược xác định thông qua biến đổi Fourier

{ T}[w '][ ]{ '}

D D h : Trao đổi nhiệt giữa các kênh qua các khe

2.2.3 Phương trình bảo toàn mômen động lượng trục:

Cần phải xét hai thành phần của mômen là: thành phần dọc trục <pu>A vàthành phần bên định hướng khoảng cách<pu>S Đầu tiên chúng ta sẽ xét đếnthành phần dọc trục và các thành phần bên với những yêu cầu về sự thay đổi củathể tích kiểm soát

Để xây dựng phương trình momen ta áp dụng phương pháp tích phânphương trình cân bằng momen (2.11) với subchannel trong thể tích kiểm soát,chỉ xét đến thành phần dọc trục của momen <pu> Miêu tả áp lực và lực cắttrong thể tích kiểm soát và các điều kiện về biến đổi momen động lượng

Sử dụng diện tích trung bình, lưới áp lực dọc trục Fp tác động vào đáy củathể tích kiểm soát là:

12

F  f XP KA u  (2.24)

Trong đó f là đại lượng ma sát không thứ nguyên được xác định bằng PW (chu vi ướt của kênh) và K là tổng hệ số tổn hao trong khoảng  X Áp dụng địnhnghĩa về đường kính thủy lực Dh ta có phương trình:

Phương trình cân bằng momen trục với subchannel :

Với là góc định hướng các kênh trục với phương dọc trục

Nhận xét:

Chương trình COBRA là chương trình tính toán dựa trên mô hình kênh tảinhiệt (subchannel) Do đó việc nghiên cứu và tìm hiểu về các phương trình bảotoàn khối lượng, năng lượng và mômen động lượng cho mô hình kênh tài nhiệt(subchannel) sẽ giúp ta phần nào hiểu rõ hơn về phương pháp tính toán củachương trình COBRA Vì đây là các phương trình cơ bản trong cơ học chất lỏng

về tính toán cho các dòng chảy

Tuy nhiên các phương trình còn cần phải được nghiên cứu và phân tíchmột cách chi tiết hơn mà đồ án tốt nghiệp này không có điều kiện đi sâu

CHƯƠNG III TIÊU CHUẨN AN TOÀN CHO ĐẠI LƯỢNG DNBR 3.1 Định nghĩa:

Khi chất lỏng chảy song song với bề mặt thanh nhiên liệu với nhiệt độ củathanh nhiên liệu đủ lớn thì chất lỏng sẽ được hấp thụ nhiệt và trải qua các quấtrình lần lượt là sôi đối lưu, sôi nhân, sôi màng, và bay hơi

Khi nhiên liệu được đốt cháy sẽ tỏa ra một nhiệt lượng Q, sau đó nhiệtlượng này được truyền ra bề mặt thanh nhiên liệu với tốc độ truyền nhiệt tươngứng là:

' dQ

q dt

Khi nhiệt lượng truyền ra tới bề mặt thanh nhiên liệu thì tại đây sẽ có mộtthông lượng nhiệt tương ứng là:

' '' q

q

A

Trong đó A là diện tích bề mặt của thanh nhiên liệu

Mặt khác bề mặt thanh nhiên liệu lại tiếp xúc với chất lỏng , do vậy mànhiệt lượng lại được truyền sang chất lỏng với vận tốc truyền nhiệt là q’ và khi

đó chất lỏng sẽ nhận được một thông lượng nhiệt tương ứng là q”( location heatflux) hay còn gọi là thông lượng nhiệt cục bộ Và tại điểm bắt đầu thoát khỏi sôinhân thì thông lượng nhiệt q” mà chất lỏng nhận được được gọi là thông lượngnhiệt tới hạn ( critical heat flux-CHF) hay còn gọi là thông lượng nhiệt tại thờiđiểm sôi nhân

Từ đó ta có được định nghĩa DNBR ( Departure from Nucleate BoilingRatio) là đại lượng thể hiện tỷ số giữa thông lượng nhiệt tại thời điểm diễn rahiện tượng sôi nhân với thông lượng nhiệt cục bộ thực tế hay thông lượng nhiệtcủa thanh nhiên liệu

Thông lượng nhiệt tại thời diểm sôi nhân ( Thermal flux DNB)DNBR=