[发明专利]一种板型燃料元件轴向和横向非均匀释热模拟试验装置

权利要求书

1.一种板型燃料元件轴向和横向非均匀释热模拟试验装置，其特征在于：所述试验装置总体呈长方形轴对称结构，包括有流道本体模块、功率加载模块和夹装固定模块；所述流道本体模块由圆柱形进口接管(1-1)、进口卡套(1-2)、进口缩径接管(1-3)、矩形流道单元(1-4)、出口扩径接管(1-5)、出口卡套(1-6)和圆柱形出口接管(1-7)组成，其中进口卡套(1-2)分别与圆柱形进口接管(1-1)和进口缩径接管(1-3)通过螺纹连接和密封；同样的，出口卡套(1-6)分别与圆柱形出口接管(1-7)和出口扩径接管(1-5)通过螺纹连接和密封；进口缩径接管(1-3)和出口扩径接管(1-5)与矩形流道单元(1-4)通过焊接方式连接；上游距离入口L1距离位置处设置有进口测压管嘴(1-8)和进口测温卡套(1-10)，同理，矩形流道单元(1-4)下游距离出口L2距离位置处设置有出口测压管嘴(1-9)和出口测温卡套(1-11)，进口测压管嘴(1-8)和出口测压管嘴(1-9)分别连接进口压力变送器和出口压力变送器，并在进口测压管嘴(1-8)和出口测压管嘴(1-9)之间连接压差传感器；进口测温卡套(1-10)和出口测温卡套(1-11)分别连接测温热电偶；通过上述进口压力变送器、出口压力变送器、压差传感器和测温热电偶对试验过程中的压力、压差和进出口流体温度进行监视测量，为横向非均匀加热矩形通道流动换热特性试验提供总体热工参数数据指标；

所述功率加载模块由若干高热流的电加热元件(2-1)和导热铜块(2-2)组成，其中电加热元件(2-1)为铠装结构，该结构确保在获得较高热流的同时具有良好的自绝缘能力；若干导热铜块(2-2)设置在位于进口测温卡套(1-10)和出口测温卡套(1-11)间的矩形流道单元(1-4)的两侧，导热铜块(2-2)上加工有电加热元件(2-1)的插孔并通过胀接方式组装；另外，导热铜块(2-2) 沿长度方向每隔预设距离开设有狭窄的空气隙(2-3)，起到阻断加热热流沿着轴向方向的热传导，同时沿导热铜块(2-2)高度方向上间隔预设距离开设有两排平行的热电偶测温孔(2-4)，通过两排不同高度上的热电偶测量的温度数据根据傅里叶导热定律计算得到实际传导到矩形流道单元(1-4)外壁面的加热热流；上述电加热元件(2-1)外部与功率模块输出端子连接构成试验装置的功率调节模块，通过调节各个功率模块输出端子的输出功率实现轴向和横向上不同的加热功率分布；所述电加热元件(2-1)产生的热量经过长方形的导热铜块(2-2)传导至矩形流道单元(1-4)外壁面上；

所述试验装置的夹装固定模块由覆盖在导热铜块(2-2)上的上盖板(3-1)、下盖板( 3-2)、侧挡板( 3-3)和侧支撑板(3-4)以及定位螺栓(3-6)和支撑固定支架(3-5)组成，其中，上盖板(3-1)、下盖板(3-2)和侧支撑板(3-4)两侧对称钻有若干螺栓孔，并通过定位螺栓(3-6)进行组装，方便拆卸。

2.根据权利要求1所述的一种板型燃料元件轴向和横向非均匀释热模拟试验装置，其特征在于：所述试验装置夹装固定模块的部件外表面均包覆有硅酸铝保温层，以及缠绕在硅酸铝保温层外的玻璃丝布，粘贴在玻璃丝布外的铝箔纸，起到良好的热绝缘作用。

3.根据权利要求1所述的一种板型燃料元件轴向和横向非均匀释热模拟试验装置，其特征在于：所述矩形流道单元(1-4)采用直进直出结构，并在进、出口部分分别预留了入口距离为L1和出口距离为L2的发展段，确保流动得到充分发展；其中入口距离L1根据流道形状、尺寸和上游入口条件通过查询热工水力手册确定，确保实验流体充分发展；出口距离L2根据流道形状、尺寸和下游出口条件通过查询热工水力手册确定，减轻尾流效应对实验流体的影响。

4.根据权利要求1所述的一种板型燃料元件轴向和横向非均匀释热模拟试验装置，其特征在于：相邻的导热铜块(2-2)之间有1-2mm的间隙，作为热电偶的引出空间同时也可以阻断不同电加热元件(2-1)之间热量的传导。

5.根据权利要求1所述的一种板型燃料元件轴向和横向非均匀释热模拟试验装置，其特征在于：导热铜块(2-2)和矩形流道单元(1-4)的接触面上涂覆高导热涂料，减小接触热阻增强热传导。