Nghiên Cứu Hiện Tượng Chuyển Pha Trong Vùng Hoạt Lò Phản Ứng - Luận Án Tiến Sĩ Cơ Học

• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Cơ Học
• Đề tài: Luận Án Tiến Sĩ Cơ Học: Nghiên Cứu Hiện Tượng Chuyển Pha Trong Vùng Hoạt Lò Phản Ứng
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• Abbreviations and Nomenclature
• List of Tables
• List of Figures
• Introduction to research work
• 1.1. Status of nuclear power in the World and Vietnam
• 1.2. Brief overview of nuclear safety
• 1.3. Core thermal hydraulics safety analysis in transient condition
• 1.3.1. Role of void fraction in simulation of two phase flow
• 1.3.2. Experiment overview for bundle of sub channel analysis
• 1.3.3. Void fraction prediction study
• 1.3.4. VVER technology understanding related to this study
• 1.4. Scope of study
• 2. Overview of phase change models in code theories with different scales
• 2.1. Multi code and multi scales approach to PWR thermal hydraulic simulation
• 2.1.1. Neutron codes and thermal hydraulics codes
• 2.1.2. Different scale of thermal hydraulic codes
• 2.1.3. Different thermal hydraulic modeling approaches
• 2.2. Phase change models in system code RELAP5
• 2.3. Phase change models in sub channel code CTF
• 2.3.1. Evaporation and condensation induced by thermal phase change
• 2.3.2. Evaporation and condensation induced by turbulent mixing and void drift
• 2.4. Phase change models in meso scale code CFX
• 2.4.1. Evaporation at the wall
• 2.4.2. Condensation model in bulk of liquid
• 3. Phase change models verification and assessment by numerical simulation
• 3.1. Brief information of VVER-1000/V392
• 3.2. Verification of RELAP5 simulation models for VVER-1000/V392 reactor with SAR
• 3.2.1. Verification of modeling through steady-state study
• 3.2.2. Verification through accident case study
• 3.3. CTF models verification and assessment with BM ENTEK tests
• 3.3.1. ENTEK BM facility
• 3.3.2. Modeling by CTF
• 3.3.3. Results and discussions
• 3.4. Verification CFX models with PSBT sub channel tests
• 3.4.1. PSBT test section for single sub channel
• 3.4.2. Mesh generation study
• 3.4.3. Solver convergence study
• 3.4.4. Mesh refinement study
• 3.4.5. Sensitivity study on physical models
• 3.4.6. Assessment of CFX and CTF modeling results in comparison with PSBT single channel
• 3.4.7. Discussion on CTF and CFX void fraction predictions
• 3.4.8. Improvement of CFX void fraction prediction in saturated region
• 4. Void fraction prediction in hot channel of VVER-1000/V392
• 4.1. Power distribution calculation by MCNP5 code
• 4.2. LOCAs simulation by RELAP5 code
• 4.3. Void fraction prediction in hot channel during transient by CTF code
• 4.3.1. VVER-1000/V392 void fraction prediction by CTF
• 4.3.2. Discussion on RELAP5 and CTF void fraction predictions
• 4.4. Void fraction prediction in single channel by CFX code
• 4.4.1. Mesh refinement study
• 4.4.2. Void fraction prediction calculated by CFX along sub channel
• 4.5. Void fraction prediction in bundle of channel calculated by CFX code
• Conclusions and proposals
• appendix.1. Achievements and new findings given by the thesis
• appendix.2. Proposal of future work
• List of Author’ papers and report

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu hiện tượng chuyển pha trong vùng hoạt của lò phản ứng hạt nhân, đặc biệt là lò phản ứng VVER-1000/V392. Hiện tượng chuyển pha liên quan đến an toàn hạt nhân, đặc biệt là trong điều kiện bình thường và sự cố. Nghiên cứu sử dụng các mô hình toán học và phần mềm tính toán để phân tích cơ học chất lỏng và nhiệt động lực học trong lõi lò phản ứng. VVER-1000/V392 là lò phản ứng được xem xét cho dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1, do đó, việc hiểu rõ công nghệ này là cần thiết để phát triển năng lực an toàn hạt nhân tại Việt Nam.

1.1. Tình hình năng lượng hạt nhân trên thế giới và Việt Nam

Năng lượng hạt nhân đã phát triển từ sau Thế chiến thứ hai, chuyển từ mục đích quân sự sang sản xuất điện. Tính đến năm 2015, thế giới đã có nhiều lò phản ứng hoạt động, đóng góp đáng kể vào nguồn cung năng lượng. Tại Việt Nam, dự án điện hạt nhân Ninh Thuận 1 đang được xem xét, với VVER-1000/V392 là ứng cử viên tiềm năng. Việc nghiên cứu và hiểu rõ công nghệ này là bước quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong vận hành.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp đa quy mô để phân tích hiện tượng chuyển pha trong lõi lò phản ứng. Các mô hình toán học và phần mềm tính toán như RELAP5, CTF, và Ansys CFX được sử dụng để mô phỏng và đánh giá. RELAP5 là phần mềm hệ thống, CTF là phần mềm thành phần, và Ansys CFX là phần mềm CFD (Computational Fluid Dynamics). Các mô hình này được kiểm chứng và đánh giá dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ các lò phản ứng tương tự.

2.1. Mô hình chuyển pha trong các phần mềm

Các mô hình chuyển pha trong RELAP5, CTF, và Ansys CFX được phân tích chi tiết. RELAP5 sử dụng các mô hình hệ thống để mô phỏng chuyển pha trong điều kiện bình thường và sự cố. CTF tập trung vào mô phỏng chuyển pha trong các kênh nhiên liệu, trong khi Ansys CFX sử dụng các mô hình CFD để phân tích chi tiết hơn ở quy mô nhỏ.

III. Kiểm chứng và đánh giá mô hình

Các mô hình được kiểm chứng và đánh giá dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ các lò phản ứng tương tự. RELAP5 được kiểm chứng với dữ liệu từ VVER-1000/V392, trong khi CTF được đánh giá thông qua các thử nghiệm BM ENTEK. Ansys CFX được kiểm chứng với các thử nghiệm PSBT (PWR Subchannel and Bundle Tests). Kết quả cho thấy các mô hình này có độ chính xác cao trong việc dự đoán hiện tượng chuyển pha và phân bố void fraction trong lõi lò phản ứng.

3.1. Kiểm chứng mô hình RELAP5

Mô hình RELAP5 được kiểm chứng với dữ liệu từ VVER-1000/V392, bao gồm các điều kiện ổn định và sự cố. Kết quả cho thấy mô hình này có độ chính xác cao trong việc dự đoán phân bố nhiệt độ và void fraction trong lõi lò phản ứng.

IV. Ứng dụng thực tế

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả của các lò phản ứng hạt nhân. Các kết quả từ luận án tiến sĩ này có thể được áp dụng để cải thiện thiết kế và vận hành của VVER-1000/V392, đặc biệt là trong việc dự đoán hiện tượng chuyển pha và phân bố void fraction trong lõi lò phản ứng. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc cải thiện các mô hình CFD và tích hợp các phương pháp đa quy mô để nâng cao độ chính xác của các mô phỏng.

4.1. Đề xuất cho nghiên cứu tương lai

Nghiên cứu đề xuất việc cải thiện các mô hình CFD để nâng cao độ chính xác trong việc dự đoán hiện tượng chuyển pha. Ngoài ra, việc tích hợp các phương pháp đa quy mô cũng được đề xuất để tối ưu hóa các mô phỏng trong tương lai.