板状燃料元件窄矩形通道实验装置设计及流动传热特性实验研究的开题报告.docx

板状燃料元件窄矩形通道实验装置设计及流动传热特性实验研究的开题报告
一、选题背景与研究意义
核能是一种清洁、高效的能源形式，在我国能源结构调整的趋势下，核能作为一种可再生可持续的清洁能源备受重视。板状燃料元件是当前核能发电中最为常见的一种燃料元件，其热工性能对核电站的安全运行和效率具有重要影响。因此，对板状燃料元件的流动传热特性进行研究，有助于优化核能发电技术，提高核电站的发电效率和安全性。
现有文献表明，板状燃料元件的传热机理主要包括对流传热和传导传热两部分，而对流传热演变过程中的流动和换热特性对整个系统的热效率和稳定性具有至关重要的作用。因此，了解板状燃料元件的流动传热特性是进行热力学分析和预测其性能行为的基础。
为了更好地研究板状燃料元件的流动传热特性，本研究将围绕板状燃料元件的窄矩形通道展开研究。主要目的是通过建立实验装置和应用实验方法，探究板状燃料元件内流体在窄矩形通道中的流动状态和传热特性规律，并通过实验数据对现有板状燃料元件的传热模型进行验证和改进，为核能发电技术改进提供理论依据和实验数据支撑。
二、研究方案
1、研究对象：板状燃料元件窄矩形通道。
2、研究目的和内容：
(1)探究板状燃料元件窄矩形通道内流体的流动状态、温度场分布和壁面传热系数等传热特性规律。
(2)基于实验数据和数值模拟方法，验证和改进板状燃料元件的传热模型，建立更加真实和准确的板状燃料元件传热模型。
3、研究方法：
(1)实验方法：建立板状燃料元件窄矩形通道实验装置，通过测量流量、压力、温度等参数，获得内部流体的流动状态和传热特性数据。
(2)数值模拟方法：基于计算流体力学（CFD）模拟分析，通过数值模拟分析探究板状燃料元件内部流体的流动状态和传热特性。
4、研究步骤：
(1)设计实验装置：基于窄矩形通道的结构特点，设计实验装置的结构参数和测试参数，并进行安全评估和试验设计。
(2)实验实施：根据实验装置设计参数，进行实验操作，获取相关实验数据。
(3)数值模拟：以实验数据为基础，基于CFD模拟分析，建立板状燃料元件内部流体的数值模型，探究其内部流动状态和传热特性规律，为实验结果的分析和验证提供理论依据。
(4)数据分析和结论：对实验数据进行分析和处理，获得板状燃料元件内部流动状态和传热特性的规律，为建立更加准确的板状燃料元件传热模型提供有力支撑。
三、预期成果
(1)建立适用于板状燃料元件窄矩形通道实验装置，实现对其内部流体流动状态和传热特性的实验测量。
(2)获得板状燃料元件窄矩形通道内的流动状态和传热特性的实验数据，并对其进行分析和处理，为验证和改进板状燃料元件的传热模型提供理论基础和实验支撑。
(3)基于实验数据和CFD模拟分析结果，建立更加真实和准确的板状燃料元件传热模型，为核能发电技术改进提供理论依据和实验数据支撑。
四、研究难点
(1)实验装置的设计与搭建：板状燃料元件窄矩形通道实验装置的设计、搭建和测试参数的制定，需要高度专业化的技术和实验基础。
(2)实验数据的精准测量和准确分析：板状燃料元件的内部流体流动状态和传热特性受多种因素影响，如流量、速度等，其中的关键数据需要通过经验和技术的相互参照，才能得到精准测量和准确分析。
(3)数值模拟分析的建模和计算：将实验测量结果和数学和物理理论相结合，建立精准的数学模型，进行合理的物理分析和计算，对于需要高度复杂的难度。
五、研究目标
(1)研究板状燃料元件窄矩形通道的内部流动状态和传热特性规律，探究板状燃料元件传热机理。
(2)建立更加真实和准确的板状燃料元件传热模型，为核能发电技术改进提供理论依据和实验数据支撑。
六、研究进度计划
第一年：设计实验装置，以及相关工作的设计和准备工作；掌握实验数据的验收和分析方法。
第二年：完成实验装置的搭建和试验，获取实验数据；开展数值模拟研究和数据分析工作。
第三年：完成数值模拟分析和数据处理工作，获得板状燃料元件窄矩形通道的传热特性规律和实验数据；完善研究成果，撰写论文。
七、参考文献
1.Zhu,H.,Liu,J.,Wang,S.,&Lin,Z.(2019).Heattransferandflowinstabilityofanarrowrectangularchannelforaheat-dissipatingapplication.HeatTransferEngineering,40(7),721-731.
2.Li,Z.,Zhang,H.,Huang,J.,Li,F.,&Chen,Z.(2019).Heattransferperformanceanalysisofanovelrectangularmicrochannelwithsemicirculargroovedmicroscaleroughness.HeatTransferEngi