1 LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Trịnh Hữu Toản, thầy đã trực
tiếp hướng dẫn em, chỉ bảo tận tình cho em để em có thể thực hiện tốt đồ án này.
Qua thời gian được học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
em đã được các thầy các cô truyền đạt cho những kiến thức vô cùng quý báu cả về lý
thuyết và thực nghiệm, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong viện
Kỹ Thuật Hạt Nhân và Vật Lý Môi Trường, người luôn tận tình giúp đỡ em trong suốt
thời gian được học tập và rèn luyện tại trường.

2 MỤC LỤC
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ lò PWR hai vòng tuần hoàn [1] 8
Bảng 1.1. Thuộc tính cơ bản của một số lò phản ứng: 9
Hình 1.2 Bố trí hệ thống cho lò PWR. [3] 10
Hình 1.3 Tâm lò phản ứng PWR 11
Bảng 1.2. Thông số cụ thể của một lò PWR công suất 1160 MWe [1] 12
Hình 1.4. Đặc điểm của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng nước nhẹ [3] 15
Hình 1.5 Bó nhiên liệu tiêu biểu cho lò phản ứng nước nhẹ.[3] 16
Hình 2.1 Áp suât cân bằng trong suốt quá trình [3] 19
Hình 2.2 Thể tích xác định và các dòng chảy [3] 21
Hình 2.3 Thí dụ về một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Cacnô [3] 26
Hình 2.5 Hai chu trình thuận nghịch chứng minh một thực tế đó là entropy là trạng thái
của một chất.[3] 30
Hình 2.6 Sơ đồ thể tích xác định được phân tích theo nguyên lý nhiệt động thứ 2. [3] 33
Hình 2.7 USUF [3] 36
Hình 2.8 Quá trình thuận nghịch thay đổi tương tự hình 2.7 [3] 36


Hình 4.18 Ứng lực trong ống dòng chảy tách 74
Hình 4.19 Ống có dòng chảy va chạm tạo với nhau góc bất kỳ 74
Hình 4.20 Ống có dòng chảy tách ra với góc bất kỳ 75
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thuộc tính cơ bản của một số lò phản ứng: Error: Reference source not found
Bảng 1.2. Thông số cụ thể của một lò PWR công suất 1160 MWe [1] Error: Reference
source not found
Bảng 3.1. Thông số của bài toán Error: Reference source not found

4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ lò PWR hai vòng tuần hoàn [1] Error: Reference source not
found
Hình 1.2 Bố trí hệ thống cho lò PWR. [3] Error: Reference source not found
Hình 1.3 Tâm lò phản ứng PWR Error: Reference source not found
Hình 1.4. Đặc điểm của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng nước nhẹ [3]Error: Reference
source not found
Hình 1.5 Bó nhiên liệu tiêu biểu cho lò phản ứng nước nhẹ.[3] Error: Reference source
not found
Hình 2.1 Áp suât cân bằng trong suốt quá trình [3] Error: Reference source not found
Hình 2.2 Thể tích xác định và các dòng chảy [3] Error: Reference source not found
Hình 2.3 Thí dụ về một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Cacnô [3] Error:
Reference source not found
Hình 2.4 Chu trình Cácnô……………………………………………………………………… 25
Hình 2.5 Hai chu trình thuận nghịch chứng minh một thực tế đó là entropy là trạng thái
của một chất.[3] Error: Reference source not found
Hình 2.6 Sơ đồ thể tích xác định được phân tích theo nguyên lý nhiệt động thứ 2. [3]

Hình 4.9 K
f
là hàm của r/d. Error: Reference source not found
Hình 4.10 Ống có đường kính tăng dần Error: Reference source not found

5 Hình 4.11 K
f
phụ thuộc vào beta Error: Reference source not found
Hình 4.12 Ống đường kính thu hẹp dần Error: Reference source not found
Hình 4.13 K
f
phụ thuộc vào beta Error: Reference source not found
Hình 4.14 Ứng lực lên ống thay đổi hình học Error: Reference source not found
Hình 4.15 Dòng chảy va chạm trong ống Error: Reference source not found
Hình 4.16 Ứng lực trong ống dòng chảy va chạm Error: Reference source not found
Hình 4.17 Dòng chảy tách trong ống. Error: Reference source not found
Hình 4.18 Ứng lực trong ống dòng chảy tách. Error: Reference source not found
Hình 4.19 Ống có dòng chảy va chạm tạo với nhau góc bất kỳ. Error: Reference source
not found
Hình 4.20 Ống có dòng chảy tách ra với góc bất kỳ. Error: Reference source not found
MỞ ĐẦU
Đến năm 2014 Việt Nam sẽ xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên tại Ninh
Thuận để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển nền kinh tế. Vì vậy việc đào tạo
nguồn nhân lực để sẵn sàng nắm bắt chuyển giao công nghệ về nhiều khía cạnh liên
quan đến nhà máy điện hạt nhân là rất quan trọng và cần thiết. Đặc biệt là đội ngũ kỹ
sư hạt nhân am hiểu về thiết kế và tính toán vật lý lò, tính toán nhiên liệu, tính toán an
toàn, thủy nhiệt và động học lò phản ứng…

Các đặc tính của thủy nhiệt động mô tả chu trình năng lượng trong lò phản ứng liên
quan đến quá trình thiết kế tâm lò và thiết kế thanh nhiên liệu trong lò phản ứng.
1.2Chu trình năng lượng
Trong lò phản ứng nhiệt độ được truyền từ thanh nhiên liệu ra chất làm mát vòng sơ
cấp rồi trao đổi nhiệt cho vòng thứ cấp, cuối cùng là tạo ra điện nhờ tuabin hơi nước.
Tùy thuộc vào sự thiết kế của lò phản ứng, tuabin có thể được điều khiển trực tiếp từ
vòng sơ cấp hoặc vòng làm mát thứ cấp nhận năng lượng nhiệt từ vòng sơ cấp. Lò phản
ứng nước áp lực (PWR) và lò nước nặng (PHWR) có hệ thống hai vòng tuần hoàn.
Vòng sơ cấp phải đảm bảo nước luôn ở một trạng thái đó là lỏng để đảm bảo truyền
nhiệt với vòng thứ cấp đạt hiệu suất cao nhất và không xảy ra sự cố. Vòng thứ cấp
được duy trì ở áp suất thấp hơn và nước sẽ sôi trong các bộ trao đổi nhiệt của thiết bị
sinh hơi. Hơi nước làm quay tuôc bin máy phát để sản xuất điện, sau đó lại được làm
ngưng tụ thành nước với nhiệt độ thấp hơn và qua các bộ trao đổi nhiệt để quay trở lại
vòng sơ cấp.

8 Lò phản ứng PWR hai vòng tuần hoàn (Xem hình 1.1).
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ lò PWR hai vòng tuần hoàn [1]

9 Dưới đây thể hiện chi tiết thuộc tính cơ bản của một số lò phản ứng:(xem bảng 1.1)
Bảng 1.1. Thuộc tính cơ bản của một số lò phản ứng:

10

13
14 1.5Thanh nhiên liệu
Các lò phản ứng nước nhẹ (BWR và PWR) PHWR, ARG và LMFBR đều sử dụng
thanh nhiên liệu. Lò phản ứng nước nhẹ (LWRs) nước làm mát cũng có chức năng làm
chậm nơtron, và sử dụng một loạt các thanh nhiên liệu được bao quanh bởi hệ thống
nước làm mát. Lò phản ứng nước nặng và lò phản ứng khí tiên tiến được thiết kế để
tiếp nhiên liệu tự động và do nhiên liệu được xếp chồng lên nhau trong vòng tròn ống
áp lực không giống như trong lò PWR. Theo thiết kế của lò BWR bó nhiên liệu thường
gồm 64 thanh trong khi đó lò PWR là 225 đến 289 thanh nhiên liệu được xếp lại với
nhau.
Hình 1.4. Đặc điểm của thanh nhiên liệu trong lò phản ứng nước nhẹ [3]
Phía trên có các thanh điều khiển bó nhiên liệu. Các thanh nhiên liệu này có đục lỗ
để cho nước chảy qua. Bó nhiên liệu có chiều cao 4.2m chiều ngang 21cm, một bó gồm
17x17 thanh nhiên liệu. mỗi thanh lại có vỏ bọc bằng hợp kim Zirconium Alloy

15 (Zircalloy) bên trong chứa những viên nhiên liệu, mỗi viên lại có chiều cao là 10mm và
đường kính là 8mm.
Hình 1.5 Bó nhiên liệu tiêu biểu cho lò phản ứng nước nhẹ.[3]
(1.phía trong . 2 lớp biên . 3. phía góc)
Giữa các thanh nhiên liệu có khoảng cách P và trong một khung mỗi khung bọc

là công sinh ra của hệ trong suốt quá trình.
Khi hệ không chuyển động, không đặt trong trường lực à năng lượng của hệ
đúng bằng nội năng của hệ (U) :
Năng lượng = nội năng + thế năng + động năng
Năng lượng được đặc trưng bởi khối lượng vĩ mô,vận tốc và thế năng.
Nội năng U là một dạng khác của năng lượng của hệ và được tính :
(2.2)
Nguyên lý nhiệt động 1 có thể viết lại như sau :
(2.3)

17 Biểu thức động năng của hệ:

2
1
2
KE mV
=
(2.4)
Biểu thức cho thế năng của hệ:

PE mgZ=
(2.5)
Thế biểu thức của động năng và thế năng vào phương trình (2) ta được :
(2.6)
Cộng với sự thay đổi trạng thái 1 và 2 với g là hằng số ta được :
(2.7)
Tương tự như vậy thế biểu thức động năng và thế năng của hệ vào phương trình (2.3)

(2.13)
Nhiệt truyền trong quá trình là sự thay đổi của lượng U + PV từ trạng thái đầu đến
trạng thái cuối. Chúng ta định nghĩa 1 đại lượng mới được gọi là entanpy H = U + PV
hay trên 1 đơn vị khối lượng thì là h = u + Pv.
Lưu ý :
• Nhiệt lượng truyền trong suốt quá trình cân bằng trong điều kiện đẳng áp được
tính bằng sự thay đổi của entanpy.
• Nội năng của hệ của chất lỏng bão hòa ở nhiệt độ 32.02
o
F (hay 0.01
o
C) được coi
bằng 0 và được coi là giá trị tham chiếu.
• Cả entanpy và nội năng đều tăng nếu nhiệt độ tăng.
• Đại lượng entanpy rất quan trọng vì nó liên quan tới sự bảo toàn năng lượng của
1 hệ dòng chảy.

20 2.2 Nguyên lý hai áp dụng cho thể tích xác định (Control Volume)
Hình 2.2 Thể tích xác định và các dòng chảy [3]

21 Khối lượng cũng như nhiệt và công có thể đi qua bề mặt xác định, và khối lượng
trong thể tích xác định cũng như tính chất của nó thay đổi theo thời gian.
Biểu thức của nguyên lý 1 áp dụng cho thể tích xác định (Control Volume) :
(2.14)

2. Khối lượng trong thể tích xác định có thể thay đổi theo thời gian, nhưng bất cứ
lúc nào trạng thái đều như nhau trong toàn bộ thể tích xác định.
3. Khối lượng đi qua một đơn vị diện tích của dòng trên bề mặt xác định là không
đổi theo thời gian nhưng lưu lượng có thể thay đổi theo thời gian.
Phương trình liên tục của trạng thái và dòng đồng nhất như sau :
( 2.23)
Tích phân theo thời gian và thay đổi khối lượng trong suốt quá trình :
( 2.24)
Tổng khối lượng chuyển qua thể tích xác định trong thời gian t là :
(2.25)
Và tổng khối lượng đi vào thể tích xác định trong thời gian t là:

23 (2.26)
Như vậy trong 1 chu trình có thời gian t chúng ta có thể viết lại phương trình liên tục
cho trạng thái và dòng đồng nhất (USUF) như sau :
(2.27)
Chúng ta xem rằng phương trình (10) áp dụng cho mọi thời điểm t trong suốt quá trình.
(2.28)
Nếu như coi trạng thái của thể tích xác định đều không đổi trong 1 khoảng thời gian sẽ
trở thành :
(2.29)
Kết hợp với phương trình trên thời gian t :
(2.30)
(2.31)

24


= Q
nghịch
. Khi hệ trở về trạng thái ban đầu thì môi trường xung quanh không bị
biến đổi.
• Ta phải lưu ý các mối liên quan giữa thuận nghịch, cân bằng, và thời gian.
• Khi hệ ở trạng thái cân bằng nếu thay đổi bất kỳ yếu tố nào thì cân bằng sẽ
chuyển dich theo chiều chống lại sự thay đổi đó.
2.3.2 Chu trình Các nô
Ta miêu tả qua giản đồ sau (hình 2.3)
Hình 2.3 Thí dụ về một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Cacnô [3]