CƠ SƠ THỦY NHIỆT LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

CƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆTCƠ SƠ THỦY NHIỆT

C Ơ S Ở THU Ỷ NHI Ệ T C Ủ A LÒ PH Ả N Ứ NG H Ạ T NHÂN

CHƯƠNG TRÌNH CHO SINH VIÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2 NGUỒN NHIỆT TRONG LÒ PHẢN ỨNG

3 PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ TRONG THANH NHIÊN LIỆU

4 DÒNG CHẢY VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH BẢO TOÀN

5 THIẾT KẾ THỦY NHIỆT VÙNG HOẠT LÒ PHẢN ỨNG

6 MỘT SỐ THÔNG SỐ VẬT LÝ-THỦY NHIỆT

CH ƯƠ NG I

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

- Truyền nhiệt và dòng chảy trong lò phản ứng ?

- Thiết kế hệ thống công nghệ hạt nhân (thủy nhiệt) :

Nuclear reactor thermal-hydraulics

- Mục tiêu chính của nghiên cứu, tính toán, thực nghiệm

thủy nhiệt trong lò phản ứng:

+ Xác định phân bố nhiệt độ trong lò phản ứng

+ Đánh giá các lực gây ra bởi dòng chất tải nhiệt tác

động lên các kết cấu bên trong lò phản ứng

+ Xác định khả năng truyền nhiệt của chất tải nhiệt

từ vùng hoạt đến các thiết bị trao đổi nhiệt.

Thermal-hydraulics là phần quan trọng của quá trình phân

• Năng lượng: là khả năng của một hệ thực hiện công hoặc sinh

nhiệt.

Đơn vị đo năng lượng: J, Btu, Cal…

(1Btu = 252 Cal = 1050.04 J)

Các dạng năng lượng:

Thế năng (hấp dẫn): là dạng NL tích luỹ do vị trí của vật (h) so

với điểm cực tiểu (h=0), PE(Potential energy) = mgh

Động năng: là dạng NL của chuyển động, KE (Kinetic energy)

= mv2/2

Nội năng: là dạng NL tích luỹ bên trong vật, U = f(T,V)

Năng lượng P-V: là dạng NL đặc trưng cho khả năng sinh

công của một hệ, nó được sinh ra từ P và V của chất lưu, PV =

P.V

Enthalpy: H = U + PV

Enthalpy riêng : h = H/m

• Công: là một dạng NL (là NL trong chuyển dịch), W = F.d

Dấu của công: W> 0: Hệ sinh công (quá trình giãn nở), W<0:

• Entropy - S: là một tính chất của vật thể (giống như P,T,V,H)

Trong nhiệt động lực học, biến thiên entropy dS là một đơn vị

đo lượng năng lượng dQ phát tán/hấp thụ khi một hệ vật lý

chuyển trạng thái tại một nhiệt độ tuyệt đối xác định T

dS = dQ/T

• Công suất : P=W/t, đơn vị: w, kw…

3 HỆ NHIỆT ĐỘNG (Thermo dynamic system)

• Định nghĩa : Tập hợp các đối tượng cần nghiên cứu.

• Các kiểu hệ nhiệt động học:

Hệ cô lập: KL và NL không truyền ra ngoài lớp biên

Hệ đóng: chỉ có NL có thể truyền ra ngoài lớp biên

Hệ mở: cả NL và KL có thể truyền ra ngoài lớp biên

• Trạng thái của hệ nhiệt động là tập các biến (đại lượng)

tại thời điểm, khoảng thời gian xác định

• Quá trình nhiệt động : Hệ chuyển trạng thái (các đại

lượng thay đổi do tác động nào đó)

• Hệ là cân bằng nhiệt động khi trạng thái của nó không

phụ thuộc t.

4 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO NGUỒN NHIỆT

• Công suất : Lượng nhiệt sinh ra trên một đơn vị thời gian Đơn

vị đo: w, kW, MW …

q = Q / t

• Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính : Tốc độ sinh nhiệt trên một đơn vị

độ dài Đơn vị đo: w/m

q’ = q/L

• Thông lượng nhiệt: Tốc độ truyền nhiệt trên một đơn vị diện

tích Đơn vị đo: w/m2

q’’ = q/A

4 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO DÒNG CHẢY

• Tốc độ dòng khối : là khối lượng chất lưu chuyển động trên

một đơn vị thời gian Đơn vị đo: kg/s

m’ = dm/dt

• Tốc độ dòng thể tích : v’ = dV/dt = A.v, đơn vị đo: m3/s

• Lưu lượng: lượng chất lưu chảy qua một đơn vị diện tích trên

một đơn vị thời gian Đơn vị đo: kg/m2.s

G = m’/A

• Đường kính thuỷ lực tương đương :

De= 4.Sflow/ Cwet

5 TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG

• Chất lỏng nén được : mật độ thay đổi, ρ = ρ (r, T).

• Chất lỏng không nén được : ρ = const

• Chất lỏng nhớt : đặc trưng bởi hệ số nhớt µ.

• Chất lỏng Niuton : là chất lỏng nhớt và ứng suất trượt tỷ lệ

tuyến tính với tốc độ biến dạng.

• Chất lỏng phi Niuton : là chất lỏng nhớt và ứng suất trượt

không tỷ lệ tuyến tính với tốc độ biến dạng.

6 ỨNG SUẤT, TỐC ĐỘ BIẾN DẠNG

• Ứng suất: nội lực trên một đơn vị diện tích.

• Đơn vị đo ứng suất: N/m2 (cùng đơn vị đo với áp suất)

• Tensơ tốc độ biến dạng (rate of strain tensor) eij:

Áp suất + Ứng suất lệch (deviatoric stress)

- Chuyển động của phần tử chất lỏng có thể được phân tích

thành: dịch chuyển (pure translation), biến dạng (strain), và

quay (rotation).

- Tenxơ ứng suất biến dạng (vật rắn) < > Chất lỏng: Tenxơ

ứng suất biến dạng và biến đổi theo không gian của nó (biến

7 CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT LỎNG

8 BẢNG HƠI

• Nước sôi và hơi bão hoà: tra cùng một bảng (tra theo nhiệt

độ hoặc áp suất)

• Nước chưa sôi và hơi quá nhiệt: tra cùng một bảng (tra

theo cặp nhiệt độ và áp suất).

8 BẢNG HƠI

8 BẢNG HƠI

9 NMĐHN LÒ PWR

• Tuabin:

Độ giảm enthalpy của chất lưu để sinh công bằng công của tuabin.

Công của tuabin: Wt= Hin– Hout

Tuabin lý tưởng: entropy của chất lưu không thay đổi khi đi

qua tuabin:

Sin= SoutTuabin thực: Do có ma sát với cánh quạt của tuabin nên có sự

mất mát năng lượng.

Hiệu suất của tuabin: η = Wt,actual/Wt,ideal

• Bơm:

Ngược lại với tuabin, bơm làm tăng enthalpy của chất lỏng.

Công của bơm: Wp= Hout– Hin

Hiệu suất của bơm: η = Wp,ideal/Wp,actual

Tính hiệu suất motor bơm theo năng lượng điện: ηm=

4 5 : Hơi xả ra từ tuabin được ngưng tụ khi đi qua bình ngưng

5 6 : Nước cấp được gia nhiệt bởi bộ gia nhiệt

6 1 : Nhiệt thêm vào chất lỏng trong bình sinh hơi với áp suất không đổi

10 CHU TRÌNH RANKINE

-Quá trình 1-2: Chất lỏng được nén đẳng

entropy (quá trình tăng áp suất của dòng

chất lỏng nhờ bơm – bơm lý tưởng)

-Quá trình 2-3: quá trình đẳng áp Nhiệt

lượng được truyền vào chất lưu (diễn ra

trong nồi hơi)

-Quá trình 3-4: quá trình giản nở đẳng

entropy và sinh công (tuabin lý tưởng)

-Quá trình 4-1: quá trình đẳng áp Chất lưu

được ngưng tụ thành chất lỏng bão hoà

(diễn ra trong bình ngưng)

10 CHU TRÌNH RANKINE

• Quá trình 2- 3: đẳng áp (nhận nhiệt): q1= h3– h2

• Quá trình 3-4: đẳng nhiệt sinh công: wtuabin= h3– h4

• Quá trình 4 -1: đẳng áp thải nhiệt: q = h – h

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Chu trình Rankine và áp dụng trong NMĐHN: các

quá trình và giải thích ý nghĩa vật lý.

NGU Ồ N NHI Ệ T TRONG LÒ PH Ả N Ứ NG

• Quá trình phân hạch là nguồn gốc của sự phát sinh nhiệt lượng (một phản

ứng phân hạch trung bình toả ra khoảng 200 MeV (3.2 ×10-11J))

• Công suất phân hạch phân bố không đồng nhất trong vùng hoạt

• Tải nhiệt trong lò phản ứng thông qua quá trình dẫn nhiệt từ nhiên liệu tới

bề mặt lớp vỏ của nhiên liệu, sau đó nhiệt được dẫn theo phương thức đối

lưu tới chất tải nhiệt

• Cân bằng năng lượng đối với lò phản ứng: NL ra khỏi lò = NL vào + NL

sinh ra trong LPU

m’.hout= m’.hin + qhay q= m’ (hout– hin)

I SINH NHIỆT TRONG LÒ PHẢN ỨNG

D ạ ng n ă ng l ượ ng N ă ng l ượ ng (MeV)

NL của bức xạ γtức thời 5

Bức xạ βcủa SP phân hạch 7

Bức xạ γcủa SP phân hạch 6

1.1 NĂNG LƯỢNG TRONG PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH

• Công suất LPU:

q = γ.N.σf.Φ.Vf

q: công suất(w, J/s)

γ : năng lượng sinh ra trên một phân hạch (J/fission)

N: số hạt nhân có thể phân hạch trên một đơn vị thể tích

(atoms/cm3)

σf: tiết diện phân hạch vi mô của nhiên liệu (cm2)

Φ: thông lượng notron (n/cm2.s)

Vf: thể tích của nhiên liệu (cm3)

• Công suất LPU tỷ lệ với lưu lượng dòng chất tải nhiệt đi qua

vùng hoạt (tính chất cân bằng nhiệt)

q = m’.Cp ∆ T

Cp: nhiệt dung riêng của hệ tải nhiệt (J/kg.K)

∆T: độ chênh lệch nhiệt độ giữa lối và và lối ra (K)

1.2 CÔNG SUẤT NHIỆT CỦA LÒ PHẢN ỨNG

Phân bố công suất trong vùng hoạt của lò phản ứng

1.3 NGUỒN NHIỆT TRONG LÒ PHẢN ỨNG

• Viên nhiên liệu có dạng hình trụ

• Tốc độ sinh nhiệt phụ thuộc vào vị trí của thanh nhiên liệu trong vùng hoạt

q’’’ = q’’’ (r,φ,z)

Sinh nhiệt bên trong chất làm chậm:

• Notron được làm chậm do va chạm với các hạt nhân của chất làm chậm

(tán xạ đàn hồi)

• Hấp thụ tia γ

Sinh nhiệt bên trong các kết cấu

• Hấp thụ tia γ

• Tán xạ đàn hồi của notron

• Tán xạ không đàn hồi của notron

1.4 MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG

• Thừa số kênh nóng (hot channel factor): là tỷ số giữa thông

lượng nhiệt tối đa mong muốn trên bất kỳ diện tích nào với

thông lượng nhiệt trung bình của vùng hoạt.

radial nuclear hot channel factor

axial nuclear hot channel factor

1.4 MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG

• Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính trung bình: là công suất trung

bình trên một đơn vị độ dài, q’ (kW/m).

• Mật độ công suất tuyến tính cục bộ cực đại (Maximum Local

Linear Power Density): bằng thừa số kênh nóng nhân với tốc độ

sinh nhiệt tuyến tính trung bình.

LPU hình trụ, thanh nhiên liệu ở vị trí r= rf (k/c từ tâm hình trụ)

Thừa số đỉnh công suất (Power peaking factor)

power peaking factor

1.4 MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG

1.5 LIÊN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ q’, q’’, q’’’

q : công suất (tốc độ sinh nhiệt), w

q’ : tốc độ sinh nhiệt tuyến tính, w/m

q’’ : thông lượng nhiệt, w/m2

q’’’ : nguồn nhiệt thể tích, w/m3 (w/lit)

• Tính tốc độ sinh nhiệt tuyến tính trong vùng hoạt Biết lò

vận hành 100% công suất và công suất định mức của lò là

3400 MWt.

Dữ liệu vùng hoạt:

– Mỗi thanh nhiên liệu dài 3.8m

– Có 264 thanh trong một bó nhiên liệu

– Có 193 bó nhiên liệu trong vùng hoạt.

VÍ DỤ 1 (BÀI TẬP)

Tính các thông số sau:

• Đường kính và thể tích tương đương của vùng hoạt ?

• Nguồn nhiệt thể tích trung bình, q’’’ ?

• Tốc độ sinh nhiệt tuyến tính trung bình của thanh nhiên liệu, q’ ?

• Thông lượng nhiệt TB tại bề mặt giữa thanh nhiên liệu và chất

Chiều dài thanh NL: 3810mm

Đường kính ngoài của thanh NL: 9.7mm

VÍ DỤ 2 (BÀI TẬP)

1.6 ĐÔ (SÂU) CHÁY NHIÊN LIỆU

1.6 ĐÔ (SÂU) CHÁY NHIÊN LIỆU

1.7 THỜI GIAN SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRONG LPU

(Fuel Residence Time)

• Ngay sau khi dập lò phản ứng lượng nhiệt phân rã còn khoảng

7% mức công suất của lò phản ứng trước khi dập lò (do sự

phân rã của các sản phẩm phân hạch)

• Lượng nhiệt phân rã sẽ giảm dần khi các vật liệu phóng xạ

phân rã đạt tới trạng thái bền.

• Lượng nhiệt phân rã còn khoảng 2% mức công suất khoảng 1h

sau khi dập lò và còn khoảng 1% mức công suất khoảng 1

ngày sau khi dập lò.

• Lượng nhiệt phân rã được tải ra khỏi vùng hoạt lò phản ứng

bằng hệ thống tải nhiệt dư (RHR).

II NHIỆT PHÂN RÃ

40

• Tính toán lượng nhiệt phân rã:

q = qo.(1/2)t/Tq: tốc độ sinh nhiệt phân rã sau thời gian dập lò t, J/s.

qo : lượng nhiệt phân rã ngay sau khi dập lò, J/s.

t: thời gian tính từ thời điểm dập lò tới thời điểm đang xét, s.

T: chu kì bán rã của toàn bộ phân rã vùng hoạt, s.

• Ví dụ 4:

LPU có công suất danh định 250 MW Từ dữ liệu của nhà

cung cấp ta thấy rằng nhiệt phân rã ở thời điểm dừng lò sẽ là

7% công suất hiện thời và sẽ giảm với chu kỳ bán rã là một

giờ.

Công suất lò tại thời điểm dừng lò là 120MW Lượng nhiệt

phân rã (J/s) sau 12 giờ kể từ khi dừng lò?

• Công thức thực nghiệm tính tốc độ sinh nhiệt do phát tia γ,β từ các

sản phẩm phân hạch:

Tốc độ sinh nhiệt do β = 1.40 t’-1.2MeV/fission.s (*)

Tốc độ sinh nhiệt do γ = 1.26 t’-1.2MeV/fission.s (**)

PT trên đúng trong khoảng thời gian: 10s < t’ < 100 ngày.

• giả sử mỗi một phân hạch tạo ra 200MeV

Suy ra, để sinh ra công suất là 1w thì cần 3.1×1010fission/s

Vậy, để sinh ra qo’’’ w/cm3thì cần 3.1×1010.qo’’’ fission/cm3.s

• Tích phân hai PT (*) và (**) theo thời gian vận hành của lò phản ứng

ta được:

Giả sử lò phản ứng hoạt động ở mức công suất không thay đổi, ta được

• Nhiệt phân rã liên hệ với mức công suất không đổi của lò phản ứng

Đổi đơn vị MeV ra J, ta được:

Polà nguồn nhiệt thể tích qo’’’

Suy ra, tổng lượng nhiệt phân rã P:

PT trên có thể viết lại như sau:

44

Ví dụ 5 (bài tập)

Tính lượng nhiệt phân rã (J) được sinh ra trong một lò phản ứng nước nhẹ

sau khi dập lò Công suất vận hành là 3000 MWt Lò phản ứng vận hành 1

năm với 75% công suất tổng

Lượng nhiệt (J) tính trong 3 trường hợp với thời gian sau khi dập lò là:

•1 giờ

•1 tháng

•1 năm

III NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ NHIỆT

Với LPU vận hành ở mức công suất không đổi, nhiệt sinh ra

trong vùng hoạt phải cân bằng với lượng nhiệt được tải đi.

• Nhiệt độ nhiên liệu cực đại thực tế được xác định bởi mức

công suất của lò, thiết kế hệ thống tải nhiệt và bản chất của

nhiên liệu.

• Với công suất đã cho theo thiết kế, cần thiết kế hệ tải nhiệt

đảm bảo lấy nhiệt sinh ra từ mức công suất thiết kế trong khi

phải đảm bảo rằng nhiệt độ nhiên liệu cực đại luôn ở dưới giới

13 (400°C)

330 (400°C)

7.8 ×1031400

Nhiệt độ lối ra chất tải nhiệt sơ cấp

Nhiệt độ lối vào của chất tải nhiệt

Áp suất của hệ sơ cấp

ĐK bão hoà hơi ở tuabin

- Áp suất

- Nhiệt độ

Hiệu suất nhiệt của nhà máy

324°C275°C15.5MPa

5.7MPa272.3°C

~ 33%

288°C200°C7.17MPa

7.17MPa287.5°C

~ 33%

3.5 CÁC QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG LPU

Bài tập: Vẽ sơ đồ nguyên lý NMĐHN lò PWR và sơ đồ các

quá trình truyền nhiệt (dựa trên hình vẽ và sơ đồ truyền nhiệt

lò BWR)

52

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Nêu biểu thức tính công suất lò phản ứng theo thông lượng

notron và lưu lượng chất tải nhiệt

2 Các thông số đặc trưng và ý nghĩa của chúng trong thiết kế nhiệt

vùng hoạt lò phản ứng

3 Định nghĩa độ cháy nhiên liệu và nêu công thức tính thời gian sử

dụng (bó) nhiên liệu trong lò phản ứng

4 Sơ đồ nguyên lý và các quá trình truyền tải nhiệt trong lò PWR

CH ƯƠ NG III

PHÂN B Ố NHI Ệ T ĐỘ TRONG THANH

NHIÊN LI Ệ U

• Dẫn nhiệt xảy ra trên môi trường liên tục, hoặc các môi trường tĩnh tại tiếp

xúc nhau

• Đối lưu xảy ra giữa bề mặt và chất lưu chuyển động

• Bức xạ nhiệt xảy ra giữa hai bề mặt

CÁC HI Ệ U Ứ NG C Ủ A VI Ệ C T Ă NG NHI Ệ T ĐỘ

• Tăng lượng hơi

• Giảm khả năng phân hạch

• Mật độ nhiên liệu giảm

• Tăng sự căng thẳng của các thiết bị

• Tốc độ ôxi hóa tăng

• Dẫn nhiệt: là phương thức truyền nhiệt bằng tương tác giữa các phân tử

(kề nhau) của vật chất

• Định luật Fourier: Trong quá trình dẫn nhiệt, thông lượng nhiệt cục bộ

bằng đối của tích hệ số dẫn nhiệt, k, và gradient nhiệt độ cục bộ

59

q’’: Thông lượng nhiệt (w/m2) k: Hệ số dẫn nhiệt (w/mK)(1)

I PHƯƠNG TRÌNH DẪN NHIỆT TỔNG QUÁT

( ) ( ) ( ) , ' 0

∇ k r T T r q r

• Phương trình dẫn nhiệt tổng quát:

• Nếu truyền nhiệt ở trạng thái dừng thì PT dẫn nhiệt tổng quát có dạng:

Kết hợp với định luật Fourier, ta được:

( ) ( ) , ' '' 0 ''

• Giả thiết k thay đổi nhỏ (có thể bỏ qua), PT dẫn nhiệt ở trạng thái dừng

có dạng:

63

• Nếu k thay đổi trong miền nhiệt độ [T1, T2], định nghĩa giá trị trung bình:

Nếu biết giá trị của tích phân:

Định nghĩa một biếnθmới:

I PHƯƠNG TRÌNH DẪN NHIỆT TỔNG QUÁT

Với k0là hệ số dẫn nhiệt tại nhiệt độ T0

I PHƯƠNG TRÌNH DẪN NHIỆT TỔNG QUÁT

II TRUY Ề N NHI Ệ T 1 CHI Ề U

2.1 TRUY Ề N NHI Ệ T TRONG CÁC D Ạ NG H/H Ọ C

2.1 TRUY Ề N NHI Ệ T TRONG CÁC D Ạ NG H/H Ọ C

2.2 TRUY Ề N NHI Ệ T TRONG NHIÊN LI Ệ U HÌNH TR Ụ

Phân bố nhiệt độ:

(a)

2.2 TRUY Ề N NHI Ệ T TRONG NHIÊN LI Ệ U HÌNH TR Ụ

• Dẫn nhiệt qua miền 3:

• Dẫn nhiệt qua miền 2:

• Dẫn nhiệt qua miền 1:

2.3 VIÊN NHIÊN LI Ệ U (HÌNH TR Ụ ) C Ấ U TRÚC L Ạ I

2.4 TRUY Ề N NHI Ệ T QUA KHE KHÍ

Với δc là độ dày lớp vỏ, R c là bán kính trung bình lớp vỏ

Thông lượng nhiệt truyền ra trên bề mặt lớp vỏ:

Với T m là nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt tại mặt cắt ngang

h là hệ số truyền nhiệt đối lưu (phụ thuộc vào chất tải nhiệt).

Nhiệt trở toàn phần (viên hình trụ):

Từ các PT (13) – (16) ta được:

73

III CÁC Y Ế U T Ố Ả NH H ƯỞ NG T Ớ I H Ệ S Ố D Ẫ N NHI Ệ T

• Hệ số dẫn nhiệt k phụ thuộc vào các yếu tố: vật liệu, nhiệt độ, áp suất của

môi trường dẫn nhiệt

• Môi trường đẳng hướng: k là một đại lượng vô hướng

• Môi trường bất đẳng hướng: k là một tenxo

k k k

k k k

k k k k

Yếu tố nhiệt độ

Yếu tố mật độ

Tỷ lệ giữa số nguyên tử kim loại và oxi

Lượng Plutonium

Sự đứt gãy nhiên liệu

Độ sâu cháy nhiên liệu

75

III CÁC Y Ế U T Ố Ả NH H ƯỞ NG T Ớ I H Ệ S Ố D Ẫ N NHI Ệ T

Theo quan sát thực nghiệm:

+ Nhiệt độ tăng => hệ số dẫn nhiệt của nhiên liệu giảm,

+ khi nhiệt độ đạt quá giá trị 1750°C thì hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt

độ tăng

76

Hệ số dẫn nhiệt của UO2

3.1 Y Ế U T Ố NHI Ệ T ĐỘ

• Chất rắn: mật độ càng cao => hệ số dẫn nhiệt càng cao.

• Định nghĩa tính xốp của vật liệu:

P = (thể tích của phần xốp, VP)/(tổng thể tích của phần

xốp, VPvà thể tích của phần rắn, VS)

77

P = VP/ (VP+ VS) = (V – VS) / V Hay P = 1 - ρ / ρTD

Trong đó, ρTDlà mật độ lý thuyết của chất rắn không xốp

Phương trình Loeb cho hệ số dẫn nhiệt k:

k = (1 – P).kTD

3.2 Y Ế U T Ố M Ậ T ĐỘ

• PT Loeb được điều chỉnh cho phù hợp với phép đo hệ số dẫn

nhiệt UO2như sau:

k = (1 – α1P)kTD

Với α1nhận giá trị từ 2 tới 5.

• Anh hưởng có tính đến hình dạng của xốp:

k = (1 – P)/ [1 + (α2– 1)P].kTD

Với α2=1.5 cho xốp có dạng hình cầu, dạng đối xứng trục

(elip…) thì α có giá trị lớn hơn.

3.2 Y Ế U T Ố M Ậ T ĐỘ

Tỷ lệ giữa số nguyên tử kim loại và oxi: tại mỗi nhiệt độ

khác nhau , sự ảnh hưởng là khác nhau