[发明专利]一种轴向非均匀发热电加热棒及其制备工艺、应用

说明书

本发明公开了一种轴向非均匀发热电加热棒及其制备工艺、应用，所述电加热棒沿着径向由内到外至少包括两层加热层，沿电加热棒的轴向各个加热层的厚度均呈连续变化，且所有加热层的总厚度保持不变。本发明通过将电加热棒设计为多层结构，沿电加热棒的轴向各个加热层的厚度均呈连续变化，能够实现根据所需电阻率计算各个加热层的厚度变化，即能够实现在轴向上不均匀加热，能够用于模拟沿轴向发热不均匀的燃料元件，解决了现有均匀发热的加热棒不能准确模拟燃料元件沿轴向的发热的问题。

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力研究技术领域，具体涉及一种轴向非均匀发热电加热棒及其制备工艺、应用。

背景技术

在商用反应堆中，用到棒束燃料元件，针对这些结构开展热工水力实验中需要模拟其发热或冷却特征，一般采用电加热棒模拟燃料元件发热，对于均匀厚度的金属圆管或棒而言，其电阻沿长度方向是均匀的。

然而，实际上燃料元件沿轴向的发热是不均匀的，需要沿长度方向改变金属板的电阻，使其沿长度方向按一定的要求变化，从而实现不均匀发热。

因此，现有均匀发热的加热棒不能准确模拟燃料元件沿轴向的发热，所以，有必要设计一种新的加热棒，实现不均匀发热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴向非均匀发热电加热棒，该加热棒能够实现在轴向上不均匀加热，能够用于模拟沿轴向发热不均匀的燃料元件。

此外，本发明还提供上述加热棒的制备工艺、应用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种轴向非均匀发热电加热棒，所述电加热棒沿着径向由内到外至少包括两层加热层，沿电加热棒的轴向各个加热层的厚度均呈连续变化，且所有加热层的总厚度保持不变。

本发明所述连续变化具体是指加热层的厚度为渐变或厚度变化函数连续可导，即厚度变化函数后平滑曲线，不同于阶跃变化的阶梯状线条。

本发明通过将电加热棒设计为多层结构，沿电加热棒的轴向各个加热层的厚度均呈连续变化，能够实现根据所需电阻率计算各个加热层的厚度变化，即能够实现在轴向上不均匀加热，能够用于模拟沿轴向发热不均匀的燃料元件，解决了现有均匀发热的加热棒不能准确模拟燃料元件沿轴向的发热的问题。

进一步地，电加热棒为空心结构，且电加热棒的内径在其轴向上保持不变，即所述电加热棒设置有一个轴向通孔，该轴向通孔为圆形孔。

进一步地，加热层的材质为金属或合金。

不同加热层的材质可以相同或不同。

进一步地，加热层的具体材质由根据模拟对象计算电加热棒所需要的电阻范围确定。

进一步地，各个加热层的厚度变化由根据电加热棒轴向发热需求计算的厚度变化函数确定。

一种轴向非均匀发热电加热棒的制备工艺，包括以下步骤：

S1、根据模拟对象计算电加热棒所需要的电阻范围并选定各个加热层的材质；

S2、根据电加热棒的轴向发热需求计算各个加热层沿长度方向的厚度变化函数；

S3、由内向外依次加工各个加热层，当层数超过两层时，先加工最内层的外侧曲面，然后采用3D打印或高压冷喷将第二层加热层与最内层加热层结合为一体，再加工第二层的外侧曲面，依次类推，直到加工完所有加热层；

S4、根据计算总厚度加工最外层加热层的外侧表面，形成对应外径的圆管。

例如，当只有两层时，根据内层加热层沿长度方向的厚度变化函数加工其外侧曲面，然后采用3D打印或高压冷喷将外层加热层与内层加热层结合成一体形成加热板；