快堆堆芯组件异形结构流动特性研究的任务书.docx

快堆堆芯组件异形结构流动特性研究的任务书
任务书
一、题目
快堆堆芯组件异形结构流动特性研究
二、研究背景
快堆是一种新型的核电堆型，拥有高功率、低燃料利用、高经济性等特点。堆芯是快堆的核心组件，以其中的燃料为能源源头，产生热能，进而转换成电能。快堆堆芯采用[S/U/P]形异形结构，%填充率一般为90%~95%，而芯内流道的曲率、长度和面积分布较为复杂。这样的异形结构在液体金属钠冷却剂下的热流流动条件下，其流动传热特性与普通的传统堆芯结构有很大不同，因此快堆堆芯组件流动特性研究是当前快堆工程应用中一个非常重要的研究领域。
三、研究目的
本研究旨在对快堆堆芯组件异形结构下液体金属钠冷却剂的流动特性进行探究，研究目标包括：
1.分析异形结构对流动传热特性的影响；
2.建立快堆堆芯组件中热流场的数学模型，尤其是在非对称相对位置时，考虑到相邻的堆芯单元之间热流向的不同，并考虑到堆芯单元周围的热物性参数的变化；
3.研究不同工况下堆芯组件内流场和温度场的动态变化；
4.分析快堆堆芯组件在不同运行条件下的热传输性能和热力学稳定性；
5.提出针对快堆堆芯组件在流动传热方面优化的措施。
四、研究内容
1.快堆堆芯组件异形结构的工作原理及液体金属钠冷却剂的物理特性。
2.对快堆堆芯组件的异形结构进行分析和计算，从理论上揭示其对流动传热特性的影响。
3.在快堆堆芯组件的异型结构下，建立其内部热传输场的数学模型，给出一些适当的物理模型和化学反应方程，调节不同堆芯单元之间的温度和热流传递。
4.利用数值模拟方法，在不同的工况下对快堆堆芯组件内流场和温度场的动态变化进行研究，并进行数值仿真。
5.基于研究结果，对快堆堆芯组件进行性能评价，在不同运行条件下分析其热传输性能和热力学稳定性。
6.提出针对快堆堆芯组件在流动传热方面优化的措施，以提高其传热效率和稳定性。
五、研究方法
本研究采用基于计算流体动力学（CFD）和数值计算方法，结合数值及实验方法来研究快堆堆芯组件异形结构的流动传热特性。
1.数值计算方法
通过对积分方程进行求解，得到质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，从而获得堆芯单元内部的应力、温度、流速等相关的物理参数；
2.实验室实验方法
通过传感器、计量仪器和采集系统来监测、记录实验数据，从而获取温度、压力、流量、浓度等各种数据，以验证数值计算模型的准确性。
3.数值与实验综合研究方法
根据实验结果，对已经建立的数学模型进行修正，以提高模型的精度和可靠性，并最终对快堆堆芯组件异形结构的热传输性能和流动传热特性进行全面的研究和评价。
六、进度安排
本研究计划于2022年1月开始，历时三年完成。具体工作安排如下：
第一年（2022年1月-2022年12月）
1.对文献进行综述，了解快堆堆芯组件及其流动传热特性的研究现状；
2.对快堆堆芯组件的传热结构和异形结构进行分析和计算，从理论上揭示其对流动传热特性的影响；
3.建立快堆堆芯组件内部热传输场的数学模型，给出适当的物理模型和化学反应方程，并调节不同堆芯单元之间的温度和热流传递；
4.基于研究结果，提出快堆堆芯组件在流动传热方面的优化措施。
第二年（2023年1月-2023年12月）
1.利用数值模拟方法，在不同的工况下对快堆堆芯组件内流场和温度场的动态变化进行研究，并进行数值仿真；
2.利用实验数据对已建立的数学模型进行修正，以提高模型的精度和可靠性；
3.分析快堆堆芯组件在不同运行条件下的热传输性能和热力学稳定性。
第三年（2024年1月-2024年12月）
1.对研究结果进行总结和归纳，撰写论文，撰写1篇发表于核领域优秀学术期刊的篇幅不少于5000词的论文或者撰写一篇发表于核领域国际会议的篇幅不少于4页的文章；
2.提交论文，并组织答辩。
七、研究预期成果
1.深入探讨快堆堆芯组件中异形结构对流动传热特性的影响，认识到了快堆堆芯组件在流动传热方面的特殊性；
2.建立了快堆堆芯组件内部热传输场的数学模型，为后续工作的开展奠定了基础；
3.研究了不同工况下堆芯组件内流场和温度场的动态变化，分析了快堆堆芯组件在不同运行条件下的热传输性能和热力学稳定性；
4.提出了快堆堆芯组件在流动传热方面的优化措施，为工程应用提供重要参考。
八、参考文献
[1]李国鑫,黄宇爱.核能工程学-快堆技术与应用[M].北京:原子能出版社，2013
[2]OkaY.etal.Theoreticalanalysisofflowredistributionduetotwo-dimensionalhydraulicobstacleinafuelrodbundle[J].NuclearEngineeringandDesign,2014,272:28-39.
[3]WangM,LiS,ShiE,etal.Experimentalinv