2025年核工程與核技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告一、選題背景與意義1.1選題背景在全球能源需求持續(xù)攀升以及氣候變化問題日益嚴(yán)峻的大背景下，尋找清潔、高效且可持續(xù)的能源解決方案已成為當(dāng)務(wù)之急。核能，作為一種低碳、基荷能源，具有能量密度高、碳排放低等顯著優(yōu)勢(shì)，在未來能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位。近年來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，核能領(lǐng)域涌現(xiàn)出了諸多新的發(fā)展方向，小型模塊化反應(yīng)堆（SmallModularReactors，SMRs）便是其中備受矚目的焦點(diǎn)之一。傳統(tǒng)大型核反應(yīng)堆雖然在發(fā)電能力上具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，但也面臨著建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高昂、技術(shù)復(fù)雜以及對(duì)廠址要求苛刻等一系列挑戰(zhàn)。與之相比，SMRs具有模塊化設(shè)計(jì)、功率規(guī)模靈活、安全性高、建設(shè)周期短、可在工廠預(yù)制等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地適應(yīng)多樣化的能源需求場(chǎng)景，如偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、工業(yè)供熱、海水淡化等，為核能的廣泛應(yīng)用開辟了新的途徑。1.2選題意義本畢業(yè)設(shè)計(jì)聚焦于小型模塊化反應(yīng)堆的相關(guān)研究，具有重要的理論與實(shí)際意義。在理論層面，通過深入探究SMRs的設(shè)計(jì)原理、運(yùn)行特性以及安全機(jī)制，有助于進(jìn)一步豐富和完善核工程與核技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)體系，為后續(xù)的學(xué)術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐。在實(shí)際應(yīng)用方面，SMRs的研究成果有望為我國(guó)乃至全球的能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。通過優(yōu)化SMRs的設(shè)計(jì)與性能，提高其經(jīng)濟(jì)性和安全性，能夠推動(dòng)SMRs從概念設(shè)計(jì)走向商業(yè)化應(yīng)用，為解決能源短缺和應(yīng)對(duì)氣候變化提供切實(shí)可行的技術(shù)方案。此外，本研究還能夠?yàn)槲覈?guó)核工業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)專業(yè)人才，提升我國(guó)在國(guó)際核能領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外在小型模塊化反應(yīng)堆的研究與開發(fā)方面起步較早，目前已經(jīng)取得了豐碩的成果。美國(guó)作為核能領(lǐng)域的領(lǐng)先國(guó)家之一，積極推動(dòng)SMRs的研發(fā)工作。美國(guó)能源部（DOE）資助了多個(gè)SMRs項(xiàng)目，如NuScalePower公司的NuScale反應(yīng)堆，這是一種采用模塊化設(shè)計(jì)的壓水堆，每個(gè)模塊的電功率約為60MW，具有高度的安全性和靈活性。該項(xiàng)目已經(jīng)完成了初步設(shè)計(jì)，并通過了美國(guó)核管理委員會(huì)（NRC）的設(shè)計(jì)認(rèn)證審查，有望在未來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化部署。此外，美國(guó)的Babcock&Wilcox公司開發(fā)的mPower反應(yīng)堆、Westinghouse公司的小型模塊化壓水堆等也都處于不同的研發(fā)階段。加拿大在SMRs領(lǐng)域也有著深厚的技術(shù)積累。加拿大原子能公司（AECL）研發(fā)的CANDUSMR是一種基于坎杜堆技術(shù)的小型模塊化反應(yīng)堆，采用重水慢化和冷卻，具有良好的固有安全性。該反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)功率為100-400MW，可用于發(fā)電、區(qū)域供熱和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。目前，CANDUSMR項(xiàng)目正在進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和工程優(yōu)化工作，并與多個(gè)國(guó)家開展了合作交流，以推動(dòng)其在國(guó)際市場(chǎng)上的應(yīng)用。俄羅斯在小型模塊化反應(yīng)堆的研發(fā)方面同樣成果顯著。俄羅斯國(guó)家原子能公司（Rosatom）開發(fā)的KLT-40S反應(yīng)堆是一種用于海上浮動(dòng)核電站的小型壓水堆，其電功率為35MW，具有高度的緊湊性和機(jī)動(dòng)性。該反應(yīng)堆已經(jīng)成功應(yīng)用于俄羅斯的浮動(dòng)核電站項(xiàng)目，為偏遠(yuǎn)地區(qū)和海上設(shè)施提供了可靠的電力供應(yīng)。此外，俄羅斯還在積極研發(fā)其他類型的SMRs，如SVBR-100鉛冷快堆等，以滿足不同的能源需求。2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)小型模塊化反應(yīng)堆的研究也給予了高度重視，并在近年來取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司（CNNC）作為我國(guó)核工業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，積極布局SMRs的研發(fā)工作。CNNC旗下的中國(guó)核電工程有限公司牽頭開展了玲龍一號(hào)（ACP100）小型模塊化反應(yīng)堆的研發(fā)項(xiàng)目。玲龍一號(hào)是一種一體化壓水堆，單堆功率為125MW，具有占地面積小、安全性高、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目于2016年正式啟動(dòng)，目前已經(jīng)完成了初步設(shè)計(jì)，并于2021年7月正式開工建設(shè)，成為全球首個(gè)開工的陸上商用小型模塊化反應(yīng)堆項(xiàng)目。中國(guó)廣核集團(tuán)（CGN）也在積極推進(jìn)SMRs的研發(fā)工作。CGN的華龍一號(hào)小型堆（HPR100）是在華龍一號(hào)大型核電站技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過模塊化設(shè)計(jì)和技術(shù)優(yōu)化開發(fā)的小型壓水堆，其功率為100-125MW。該反應(yīng)堆繼承了華龍一號(hào)的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和安全特性，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。目前，HPR100項(xiàng)目正在進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和技術(shù)論證工作，有望在未來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。此外，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校也在小型模塊化反應(yīng)堆的基礎(chǔ)研究方面開展了大量工作，涉及反應(yīng)堆物理、熱工水力、安全分析等多個(gè)領(lǐng)域，為我國(guó)SMRs的技術(shù)創(chuàng)新提供了有力的理論支持。三、研究目標(biāo)與內(nèi)容3.1研究目標(biāo)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是對(duì)小型模塊化反應(yīng)堆的某一關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等方法，優(yōu)化其設(shè)計(jì)與性能，提高其安全性和經(jīng)濟(jì)性，為小型模塊化反應(yīng)堆的工程應(yīng)用提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。具體而言，本研究旨在實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：深入了解小型模塊化反應(yīng)堆的工作原理、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，掌握相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)和研究動(dòng)態(tài)。針對(duì)選定的小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)，建立合理的數(shù)學(xué)模型和物理模型，運(yùn)用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，分析其在不同工況下的運(yùn)行特性和性能指標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，獲取關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為模型的優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)。根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，提出針對(duì)該關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估。撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，全面總結(jié)研究成果，闡述研究過程中所采用的方法、取得的主要結(jié)論以及對(duì)未來研究的展望。3.2研究?jī)?nèi)容小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的選定：在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外小型模塊化反應(yīng)堆研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身專業(yè)知識(shí)和研究興趣，選定一個(gè)具有重要研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用前景的關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)作為研究對(duì)象。例如，可以選擇小型模塊化反應(yīng)堆的堆芯設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等作為研究?jī)?nèi)容。理論分析：對(duì)選定的關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行深入的理論分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和物理模型。運(yùn)用核工程與核技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，如反應(yīng)堆物理、熱工水力、控制理論、安全分析等，對(duì)模型進(jìn)行求解和分析，探討其在不同工況下的運(yùn)行特性和性能指標(biāo)，為后續(xù)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究提供理論基礎(chǔ)。數(shù)值模擬：基于建立的數(shù)學(xué)模型和物理模型，選用合適的數(shù)值模擬軟件對(duì)選定的關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算。通過設(shè)置不同的邊界條件和參數(shù)，模擬其在各種工況下的運(yùn)行過程，獲取詳細(xì)的數(shù)值結(jié)果，如溫度分布、壓力變化、流量特性等。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析和討論，研究各因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究：設(shè)計(jì)并搭建針對(duì)選定關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲取關(guān)鍵物理量的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量、功率等，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模擬模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高模型的精度和適用性。優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能評(píng)估：根據(jù)理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，提出針對(duì)選定關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。對(duì)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行性能評(píng)估，包括安全性評(píng)估和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。安全性評(píng)估主要考慮系統(tǒng)在正常運(yùn)行和事故工況下的安全性能，如反應(yīng)堆的固有安全性、安全系統(tǒng)的可靠性等；經(jīng)濟(jì)性評(píng)估則主要分析系統(tǒng)的建設(shè)成本、運(yùn)行成本以及投資回報(bào)率等，綜合評(píng)估優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可行性和優(yōu)越性。研究成果總結(jié)與論文撰寫：對(duì)整個(gè)研究過程和取得的成果進(jìn)行全面總結(jié)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。論文內(nèi)容應(yīng)包括研究背景、目的、意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究方法、研究?jī)?nèi)容、研究結(jié)果與分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、性能評(píng)估、結(jié)論與展望等部分，要求條理清晰、內(nèi)容詳實(shí)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、結(jié)論明確，能夠充分展示本研究的成果和創(chuàng)新點(diǎn)。四、研究方法與技術(shù)路線4.1研究方法文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于小型模塊化反應(yīng)堆的相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，全面了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題，為研究工作提供理論支持和參考依據(jù)。理論分析法：運(yùn)用核工程與核技術(shù)專業(yè)的基本理論和方法，對(duì)選定的小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行深入的理論分析，建立數(shù)學(xué)模型和物理模型，并對(duì)模型進(jìn)行求解和分析，揭示其內(nèi)在的物理規(guī)律和運(yùn)行特性。數(shù)值模擬法：選用專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、CFD-ACE+、MCNP等，對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型和物理模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。通過數(shù)值模擬，可以獲取系統(tǒng)在不同工況下的詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為研究系統(tǒng)性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力手段。實(shí)驗(yàn)研究法：設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲取關(guān)鍵物理量的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)為模型的優(yōu)化和改進(jìn)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究能夠直觀地反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，彌補(bǔ)數(shù)值模擬的不足。對(duì)比分析法：對(duì)不同設(shè)計(jì)方案或不同工況下的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，找出影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，評(píng)估各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從而確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案或運(yùn)行工況。對(duì)比分析法有助于深入理解系統(tǒng)的運(yùn)行特性，為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)提供指導(dǎo)。4.2技術(shù)路線第一階段：選題與文獻(xiàn)調(diào)研（第1-2周）確定畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，明確研究目標(biāo)和內(nèi)容。廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解小型模塊化反應(yīng)堆的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問題。撰寫文獻(xiàn)綜述，對(duì)所查閱的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)和分析，為后續(xù)研究工作奠定基礎(chǔ)。第二階段：理論分析與模型建立（第3-4周）針對(duì)選定的小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)，運(yùn)用核工程與核技術(shù)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行深入的理論分析。建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和物理模型，確定模型的邊界條件和參數(shù)。對(duì)建立的模型進(jìn)行合理性驗(yàn)證，確保模型能夠準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。第三階段：數(shù)值模擬計(jì)算（第5-8周）選用合適的數(shù)值模擬軟件，對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型和物理模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。設(shè)置不同的工況和參數(shù)，模擬系統(tǒng)在各種情況下的運(yùn)行過程，獲取詳細(xì)的數(shù)值結(jié)果。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析和討論，研究各因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。第四階段：實(shí)驗(yàn)研究（第9-12周）根據(jù)研究需要，設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，制定實(shí)驗(yàn)方案。開展實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲取關(guān)鍵物理量的數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值模擬模型的準(zhǔn)確性和可靠性。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模擬模型進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高模型的精度和適用性。第五階段：優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能評(píng)估（第13-14周）根據(jù)理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，提出針對(duì)選定關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。對(duì)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安全性評(píng)估和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，綜合評(píng)估方案的可行性和優(yōu)越性。對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行敏感性分析，研究關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，為方案的進(jìn)一步優(yōu)化提供參考。第六階段：研究成果總結(jié)與論文撰寫（第15-16周）對(duì)整個(gè)研究過程和取得的成果進(jìn)行全面總結(jié)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。論文撰寫完成后，進(jìn)行反復(fù)修改和完善，確保論文質(zhì)量符合學(xué)校和專業(yè)的要求。準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，制作答辯PPT，進(jìn)行預(yù)答辯，為正式答辯做好充分準(zhǔn)備。五、預(yù)期成果與創(chuàng)新點(diǎn)5.1預(yù)期成果畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：撰寫一篇內(nèi)容詳實(shí)、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、具有一定學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用參考價(jià)值的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。論文應(yīng)全面闡述小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的研究過程、方法、結(jié)果與結(jié)論，包括研究背景、目的、意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能評(píng)估等內(nèi)容，字?jǐn)?shù)不少于[X]字。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：通過數(shù)值模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，獲取關(guān)于小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)在不同工況下的詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括溫度分布、壓力變化、流量特性、功率輸出等。這些數(shù)據(jù)將為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)估提供有力支持，并以圖表、數(shù)據(jù)表格等形式整理在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：根據(jù)理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，提出一套針對(duì)選定小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。該方案應(yīng)具有明確的設(shè)計(jì)思路、技術(shù)參數(shù)和實(shí)施步驟，能夠有效提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，并通過性能評(píng)估驗(yàn)證其可行性和優(yōu)越性。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案將以設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)報(bào)告等形式呈現(xiàn)。答辯匯報(bào)材料：制作一份高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯PPT，內(nèi)容涵蓋研究的主要內(nèi)容、方法、成果和結(jié)論等，能夠清晰、準(zhǔn)確地向答辯委員會(huì)展示畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作成果。同時(shí)，準(zhǔn)備好詳細(xì)的答辯匯報(bào)稿，確保在答辯過程中能夠流暢、自信地回答評(píng)委提出的問題。5.2創(chuàng)新點(diǎn)研究視角創(chuàng)新：本研究選取小型模塊化反應(yīng)堆的某一特定關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，與以往對(duì)小型模塊化反應(yīng)堆整體性能的綜合性研究有所不同。通過聚焦于關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)，能夠更深入地剖析其內(nèi)在物理機(jī)制和運(yùn)行特性，為解決小型模塊化反應(yīng)堆實(shí)際工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問題提供新的思路和方法。研究方法創(chuàng)新：綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究三種方法對(duì)小型模塊化反應(yīng)堆關(guān)鍵技術(shù)或系統(tǒng)進(jìn)行研究，相互驗(yàn)證和補(bǔ)充。在數(shù)值模擬方面，采用先進(jìn)的數(shù)值算法和多物理場(chǎng)耦合模擬技術(shù)，更準(zhǔn)確地模擬系統(tǒng)的復(fù)雜物理過程；在