臨界熱流密度試驗用加熱棒的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種核反應堆試驗研究領域，尤其涉及一種用于研究核燃料組件的臨界熱流密度試驗用加熱棒。
【背景技術】
[0002]在對流沸騰中，主要有兩種類型的臨界熱流密度:偏離核態沸騰和干涸。在壓水堆核動力裝置穩態熱工設計中，通常只遇到過冷沸騰和低含汽量的飽和沸騰，因此偏離核態沸騰熱流密度尤其重要。
[0003]偏離核態沸騰機理模型主要包括三種類型:(a)當發熱元件壁面上形成一大蒸汽泡時，其底部薄層液膜不斷蒸發，形成干斑，導致發熱元件壁面傳熱惡化；(b)當發熱元件壁面上的汽泡層增厚到足以阻礙液體潤濕壁面時，蒸汽將無法逸出而形成汽殼，堵塞了液體流道，導致發熱元件壁面發生過熱；(C)在高熱流密度下，汽塊與發熱元件壁面之間的液膜蒸發速度大于液體潤濕壁面速度時，導致發熱元件壁面異常過熱而干涸。由于臨界熱流密度機理及其現象太復雜，通常采用試驗研究的方法，得到臨界熱流密度關系式。根據臨界熱流密度試驗目的及其內容，按相似準則要求設計試驗段，研究系統壓力、質量流速、臨界點含汽量、結構參數等因素對臨界熱流密度的影響。
[0004]在臨界熱流密度試驗過程中，臨界判斷一般采用加熱元件壁溫判斷，其判據有兩條:一是加熱元件壁溫躍升速率達到或超過某一定值；二是加熱元件壁溫達到或超過最高溫度限值。臨界熱流密度試驗數據分析要求給出95%的置信度上，至少95%的概率不發生臨界沸騰的臨界熱流密度比。
[0005]對均勻加熱試驗段，一般采用局部平均參數法處理臨界熱流密度試驗數據；對非均勻加熱試驗段，一般采用子通道分析法處理臨界熱流密度試驗數據。在核動力裝置安全評審中，臨界熱流密度是重要的限制性熱工水力參數，它的大小直接影響核動力裝置的安全性和經濟性。通過優化燃料組件結構，提高臨界熱流密度，使反應堆系統產生最大的熱功率，從而在保證核動力裝置工程設計安全可靠的基礎上，提高經濟性。
[0006]在核燃料組件研發中，臨界熱流密度是表征燃料組件熱工水力性能的關鍵參數之一，燃料組件的臨界熱流密度目前還不能采用理論的方法進行預測，只能通過試驗獲取，此加熱棒便因此而產生，其主要是以電流流過導體產生熱量為原理，通過加熱棒產生的均勻熱量模擬核燃料釋熱，從而進行臨界熱流密度試驗研究。
[0007]美國專利US4720624公開了一種加熱棒，該加熱棒為非均勻加熱棒，材質為不銹鋼、鋯合金或因科鎳合金，非均勻加熱棒的厚度和電阻隨著棒長度方向發生變化，但外徑不變。在非均勻加熱棒的兩端施加電壓，會有電流流過，進而產生熱量，模擬核釋熱和進行相關試驗研究；這種非均勻加熱棒能產生沿軸向非均勻分布的熱量，但其在整體組裝、加熱溫度測量、外部電壓連通等技術問題上存在一定的缺陷。
[0008]美國專利US4156127也公開了一種電加熱棒，該電加熱棒由三層擠壓構成，里層為聚四氟乙烯薄管，起絕緣和與介質換熱作用；中間層為碳與聚四氟乙烯的混合物，起導電發熱作用；最外層為聚四氟乙烯厚管，起絕緣和與環境隔熱作用；在加熱棒首尾兩端引出與中間層連通的導線，當導線上施加電壓，會有電流流過均勻布置碳物質的中間層，進而產生均勻發熱量；因此該電加熱棒能產生沿軸向均勻分布的熱量，但最高溫度僅能達260°C，遠達不到臨界熱流密度試驗所需溫度；加熱層與介質通過聚四氟乙烯絕緣和導熱，無法實現快速大量熱交換；電加熱棒的直徑較大，無法按照核燃料尺寸進行加工組裝。
[0009]因此，亟需一種能精準實現模擬核燃料釋熱且能有效滿足臨界熱流密度試驗研究要求的臨界熱流密度試驗用加熱棒。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供一種能精準實現模擬核燃料釋熱且能有效滿足臨界熱流密度試驗要求的臨界熱流密度試驗用加熱棒。
[0011]為實現上述目的，本發明提供了一種臨界熱流密度試驗用加熱棒，適用于模擬核燃料釋熱而進行臨界熱流密度試驗，其包括鎳棒、加熱管、鎳管、銅管、陶瓷件、銅片及熱電偶，所述鎳棒的上端與外界上部帶電設備連接，所述鎳棒的下端與所述加熱管的上端對接且密封的固定連接，所述加熱管的下端與所述鎳管的上端對接且密封的固定連接，所述銅管的上端與所述鎳管的下端對接且密封的固定連接，所述銅管的下端與外界下部帶電設備連接，所述加熱管、鎳管及銅管依次對接形成呈中空結構的棒體，所述陶瓷件附著于所述呈中空結構的棒體的內壁上并環繞形成熱腔，所述銅片呈均勻的橫向設置于所述熱腔中并位于加熱管內，所述熱電偶呈懸空的設置于所述熱腔內并藉由所述銅片固定。
[0012]較佳地，多根所述熱電偶呈平行且交錯的分布于所述熱腔內。
[0013]較佳地，所述棒體的橫截面輪廓呈圓形結構。
[0014]較佳地，所述陶瓷件包括依次相互對接的加熱管內陶瓷件、鎳管內陶瓷件及銅管內陶瓷件，所述加熱管內陶瓷件附著于位于所述加熱管所對應的棒體的內壁上，所述鎳管內陶瓷件附著與位于所述鎳管所對應的棒體的內壁上，所述銅管內陶瓷件附著與位于所述銅管所對應的棒體的內壁上。
[0015]與現有技術相比，由于本發明加熱溫度高，滿足臨界熱流密度試驗所需，并將溫度參數通過熱電偶實時測量和輸出；另本發明還能產生較大的熱流密度，具有良好的導熱性，能實現快速大量熱交換，能按照核燃料尺寸進行加工組裝，解決了現有加熱棒往往不能可靠連接大電流電源的問題，達到了精確控制有效發熱長度的目的；同時本發明結構緊湊、尺寸統一且精確、熱流密度高，能在高溫高壓工況下安全可靠的工作，因此本發明能精準實現模擬核燃料釋熱且能有效滿足臨界熱流密度試驗要求，還能測量不同運行工況下核燃料棒的臨界熱流密度，對新型核燃料組件研發具有良好的支撐作用。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明臨界熱流密度試驗用加熱棒的結構示意圖。
[0017]圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖。
[0018]圖3是沿圖1中B-B線的剖視圖。
[0019]圖4是沿圖1中C-C線的剖視圖。
【具體實施方式】
[0020]現在參考附圖描述本發明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。
[0021]如圖1所示，本發明的臨界熱流密度試驗用加熱棒100，用于模擬核燃料釋熱而進行臨界熱流密度試驗，其包括鎳棒10、加熱管20、鎳管30、銅管40、陶瓷件50、銅片60及熱電偶70，所述鎳棒10的上端與外界上部帶電設備連接，所述鎳棒10的下端與所述加熱管20的上端對接且密封的固定連接，采用鎳棒10與加熱管20對接固定，保證強度的同時還降低了無效發熱量；所述加熱管20的下端與所述鎳管30的上端對接且密封的固定連接，加熱管20在通電情況下產生熱量，加熱