轴向非均匀功率分布的间接电加热棒

本发明涉及的是一种反应堆领域的技术，具体是一种轴向非均匀功率分布的间接电加热棒。

背景技术：

1、为研究反应堆流动传热机制，热工水力试验通常使用电加热棒模拟核燃料棒的热特性，其表面设置温度传感器监测壁面温度。试验结果对于核反应堆设计、流体力学模型开发和安全分析程序验证来说，具有极其重要的价值。现有非均匀电加热技术由于结构特点，无法实现中心较高四周较低的径向温度分布状态，由于材料一致性特点导致热膨胀不同而容易使得温度测点偏移。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术不能准确模拟核燃料棒热特性、温度测点容易偏移以及温度测量结果误差较大的不足，提出一种轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，采用中心加热且轴向加热功率阶梯式分布结构，能够模拟反应堆核燃料棒中部较高两端较低的轴向非均匀功率分布和中心较高四周较低的径向温度分布状态，更准确地反映实际核燃料棒的加热特性。采用定位垫片和金属弹片固定热电偶的方式，保证温度测点定位和测温结果准确。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，包括：包壳以及依次设置于其内的陶瓷套管和加热段，其中：加热段的两端设有电极段，电极段分别与直流电源正极和负极连接。

4、所述的加热段为若干直径和长度均不同的合金圆棒首尾焊接而成，各圆棒直径从底部开始依次先减小后增大，加热段的两端与电极段焊接，由于各圆棒单位长度的电阻不同，通电后单位长度热功率也不同，从而实现中部较高两端较低的轴向非均匀功率分布。

5、所述的陶瓷套管的内径与各段合金圆棒的外径相匹配，其内壁面紧贴合金圆棒的外壁面，陶瓷套管之间设置定位垫片用于固定热电偶。

6、所述的定位垫片与加热段之间优选设有陶瓷垫片，定位垫片被上下陶瓷套管夹紧。

7、所述的包壳与陶瓷套管之间设有若干平行于包壳中心轴的热电偶，该热电偶的一端优选固定于定位垫片，另一端通过加热段的末端引出，热电偶引线安装在陶瓷套管外壁面的凹槽内。

8、所述的热电偶优选为四个且每个热电偶探头位于不同的定位垫片上。

9、所述的定位垫片与相匹配的热电偶探头之间设置金属弹片，将热电偶探头压紧在包壳内壁面。

10、技术效果

11、本发明加热段在位于径向中心间接加热的同时，由多个直径和长度均不同的合金圆棒首尾焊接而成。各圆棒直径从底部开始依次先减小后增大，使得各段圆棒单位长度电阻值不同，通电后能够实现中部较高两端较低的轴向非均匀功率分布；通过内径不同的陶瓷套管贴合对应外径合金圆棒外壁面的方式，不仅起到避免包壳漏电的绝缘作用，还能有效传导加热芯产生的热量。与现有技术相比，本发明能够同时实现中部较高两端较低的轴向非均匀功率分布和中心较高四周较低的径向温度分布状态，能够精准模拟核燃料棒热特性，利用该电加热棒得到的热工水力试验结果更接近真实的反应堆情况的同时，解决了现有技术因漏电造成的功率偏差的问题，以及由于空气间隙造成的温度测量不准确性问题。

技术特征：

1.一种轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征在于，包括：包壳以及依次设置于其内的陶瓷套管和加热段，其中：加热段的两端设有电极段，电极段分别与直流电源正极和负极连接；

2.根据权利要求1所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的包壳与陶瓷套管之间设有若干平行于包壳中心轴的热电偶，该热电偶的一端固定于定位垫片，另一端通过加热段的末端引出，热电偶引线安装在陶瓷套管外壁面的凹槽内。

3.根据权利要求2所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的陶瓷套管的内径与各段合金圆棒的外径相匹配，其内壁面紧贴合金圆棒的外壁面，陶瓷套管之间设置定位垫片用于固定热电偶。

4.根据权利要求2或3所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的定位垫片与加热段之间设有陶瓷垫片，定位垫片被上下陶瓷套管夹紧。

5.根据权利要求2或3所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的热电偶为四个且每个热电偶探头位于不同的定位垫片上。

6.根据权利要求2或3所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的定位垫片与相匹配的热电偶探头之间设置金属弹片，将热电偶探头压紧在包壳内壁面。

7.根据权利要求1所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的电极段与包壳之间设有陶瓷端塞和金属端塞，金属端塞与包壳两端内壁面焊接，用于封装固定绝缘层和包壳轴向相对位置。

8.根据权利要求1所述的轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，其特征是，所述的包壳为一个外径和壁厚均不变的无缝管结构。

技术总结
一种轴向非均匀功率分布的间接电加热棒，包括：包壳以及依次设置于其内的陶瓷套管和加热段，其中：加热段的两端设有电极段，电极段分别与直流电源正极和负极连接。本发明采用中心加热且轴向加热功率阶梯式分布结构，能够模拟反应堆核燃料棒中部较高两端较低的轴向非均匀功率分布，更准确地反映实际核燃料棒的加热特性。

技术研发人员：熊进标,张容瑄,杨宜昂,谢浩,张滕飞,何辉,柴翔,刘晓晶
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27