一种用于微纳结构改性表面试验的加热结构、装置及应用的制作方法

本发明涉及核工程，具体涉及一种用于微纳结构改性表面试验的加热结构、装置及应用。

背景技术：

1、微纳结构改性表面通常采用飞秒激光振镜加工系统制备，飞秒激光技术作为一种冷加工的激光技术，基于特定的能量和扫描方式，可以形成有序可控的带有微纳结构的改性表面。

2、矩形通道作为反应堆燃料组件内的冷却剂工质典型换热通道，是两相流动与传热特性基础研究的重点对象，为直接获得冷却工质的汽泡核化、脱离等沸腾特性，以及两相流体在矩形通道内的流动形态，设计一种合理的契合研究目标的可视化实验本体具有重要意义。

3、由于多种加工制造技术的兴起，在可视化实验本体的加热表面进行微观/钠观尺度的形貌特征加工，以获得热工性能更好的改性表面已成为可能。在一些特定实验中，需要满足矩形流道内流动工质不均匀受热的需求，但是目前的矩形流道的结构无法实现上述功能，使得试验操作流程复杂，效率低。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的问题，本发明目的在于提供一种用于微纳结构改性表面试验的加热结构、装置及应用，该加热结构中设置了两组加热板，两组加热板的表面构成了矩形流道的两个平行表面，可以实现不同功率水平的加热模式，从而在不改造矩形流道结构、加热板结构的基础上，实现矩形流道内流动工质的不均匀受热，满足特定实验需求。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种用于微纳结构改性表面试验检测的加热结构，包括上加热板和下加热板，所述上加热板和下加热板均为阶梯式结构，所述上加热板四周由上陶瓷侧板包裹，所述下加热板四周由下陶瓷侧板包裹；所述上陶瓷侧板的两端均设置有开口向下的上凹槽，所述下陶瓷侧板的两端均设置有开口向上的下凹槽，在上陶瓷侧板与下陶瓷侧板合并时，所述上凹槽与所述下凹槽形成矩形流道的进出口，且所述上陶瓷侧板与所述下陶瓷侧板中部形成矩形流道；所述上陶瓷侧板上方安装有上陶瓷顶板，所述下陶瓷侧板的下方安装有下陶瓷底板；所述上陶瓷顶板和下陶瓷底板上均设置有孔洞；所述上加热板和下加热板上均连接有加热棒。

4、其中，上加热板和下加热板均设置为阶梯式结构，四周由陶瓷侧板包裹，不仅实现了限位，还提供了绝缘的作用；由陶瓷底板和陶瓷侧板形成的槽体结构，可以保证上加热板和下加热板与本体壳体的绝缘，此外，在上陶瓷顶板和下陶瓷底板上均设置孔洞，便于在安装热电偶进行测温时，使热电偶与上加热板和下加热板接触测量壁温。

5、进一步的，所述上加热板和下加热板两端均设置有补偿板，所述加热棒与所述上加热板和下加热板两端的补偿板焊接。

6、进一步的，所述加热棒上设置有用于将电源的软铜线固定在所述加热棒上的通孔。

7、其中，加热棒包括铜棒，且上加热板和下加热板的材料的电阻率要高于铜棒的电阻率，使得电流发热主要贡献于上加热板和下加热板表面液体的沸腾。

8、上加热板和下加热板的加热主要通过焊接在上加热板和下加热板上的铜棒来实现，通过设置在铜棒上的通孔，可以将电源的软铜线固定在铜棒上，电源的电流会经过铜棒，流经上加热板和下加热板。

9、第二方面，本申请提供一种用于微纳结构改性表面试验检测的装置，包括上述加热结构；还包括本体壳体，所述本体壳体上设置有凹槽腔，所述加热结构安装在所述凹槽腔内；所述本体壳体顶部设置有压紧结构；所述本体壳体底部和压紧结构顶部均连接有测温组件；所述本体壳体的两端分别设置有与所述矩形流道两端接通的进口和出口，在所述进口和出口连接有转接结构。

10、该装置的安装方法为：先将上加热板和下加热板分别由上陶瓷侧板和下陶瓷侧板包裹，同时安装上陶瓷底板和下陶瓷底板，随后将上加热板和下加热板拼合，并放置在本体壳体的凹槽腔内，通过本体壳体的螺栓紧固，完成矩形流道的封闭。

11、在需要更换上加热板、下加热板时，拆卸该装置，先将本体壳体顶部的压紧结构拆开，随后将加热结构从本体壳体的凹槽腔内取出，打开陶瓷组件，即可更换加热板。

12、进一步的，所述压紧结构包括压紧壳体，所述压紧壳体与所述本体壳体之间通过紧固螺栓固定。

13、进一步的，所述测温组件包括连接在所述压紧壳体和本体壳体上的热电偶套管，所述热电偶套管内安装有热电偶。

14、进一步的，所述转接结构包括连接在所述本体壳体上的转接座，所述转接座上连接有转接头，所述转接座和所述转接头上设置有相互接通的通道，且该通道与所述矩形流道连通。

15、进一步的，所述本体壳体底部设置有泄压孔，所述泄压孔处安装有引压管，所述引压管端部连接有引压接头。

16、第三方面，本申请一种上述用于微纳结构改性表面试验的装置的应用，包括用于检测冷却工质的沸腾特性或两相流体在矩形通道内的流动状态。

17、其中，沸腾特性包括气泡核化、脱离等。

18、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

19、本申请中的加热结构及由该加热结构组成的试验装置，可以实现双面加热芯体的自由重复替换，还可以实现双面加热功率不同且可调的功能，具备电加热、测温的基本功能，可以较好地应用于微纳结构改性表面热工实验，具有良好的应用价值。

技术特征：

1.一种用于微纳结构改性表面试验检测的加热结构，其特征在于，包括上加热板(02)和下加热板(07)，所述上加热板(02)和下加热板(07)均为阶梯式结构，所述上加热板(02)四周由上陶瓷侧板(03)包裹，所述下加热板(07)四周由下陶瓷侧板(05)包裹；所述上陶瓷侧板(03)的两端均设置有开口向下的上凹槽(04)，所述下陶瓷侧板(05)的两端均设置有开口向上的下凹槽(06)，在上陶瓷侧板(03)与下陶瓷侧板(05)合并时，所述上凹槽(04)与所述下凹槽(06)形成矩形流道的进出口，且所述上陶瓷侧板(03)与所述下陶瓷侧板(05)中部形成矩形流道；所述上陶瓷侧板(03)上方安装有上陶瓷顶板(01)，所述下陶瓷侧板(05)的下方安装有下陶瓷底板(08)；所述上陶瓷顶板(01)和下陶瓷底板(08)上均设置有孔洞(09)；所述上加热板(02)和下加热板(07)上均连接有加热棒(14)。

2.根据权利要求1所述的一种用于微纳结构改性表面试验检测的加热结构，其特征在于，所述上加热板(02)和下加热板(07)两端均设置有补偿板，所述加热棒(14)与所述上加热板(02)和下加热板(07)两端的补偿板焊接。

3.根据权利要求1所述的一种用于微纳结构改性表面试验检测的加热结构，其特征在于，所述加热棒(14)上设置有用于将电源的软铜线固定在所述加热棒(14)上的通孔(15)。

4.一种用于微纳结构改性表面试验检测的装置，其特征在于，包括权利要求1～3任意一项所述的加热结构。

5.根据权利要求4所述的一种用于微纳结构改性表面试验的装置，其特征在于，还包括本体壳体(17)，所述本体壳体(17)上设置有凹槽腔(20)，所述加热结构安装在所述凹槽腔(20)内；所述本体壳体(17)顶部设置有压紧结构；所述本体壳体(17)底部和压紧结构顶部均连接有测温组件；所述本体壳体(17)的两端分别设置有与所述矩形流道两端接通的进口和出口，在所述进口和出口连接有转接结构。

6.根据权利要求5所述的一种用于微纳结构改性表面试验的装置，其特征在于，所述压紧结构包括压紧壳体(10)，所述压紧壳体(10)与所述本体壳体(17)之间通过紧固螺栓固定。

7.根据权利要求6所述的一种用于微纳结构改性表面试验的装置，其特征在于，所述测温组件包括连接在所述压紧壳体(10)和本体壳体(17)上的热电偶套管(13)，所述热电偶套管(13)内安装有热电偶(16)。

8.根据权利要求5所述的一种用于微纳结构改性表面试验检测的装置，其特征在于，所述转接结构包括连接在所述本体壳体(17)上的转接座(11)，所述转接座(11)上连接有转接头(12)，所述转接座(11)和所述转接头(12)上设置有相互接通的通道，且该通道与所述矩形流道连通。

9.根据权利要求4所述的一种用于微纳结构改性表面试验的装置，其特征在于，所述本体壳体(17)底部设置有泄压孔，所述泄压孔处安装有引压管(18)，所述引压管(18)端部连接有引压接头(19)。

10.一种权利要求4～9任意一项所述的用于微纳结构改性表面试验的装置的应用，其特征在于，包括用于检测冷却工质的沸腾特性或两相流体在矩形通道内的流动状态。

技术总结本发明公开了一种用于微纳结构改性表面试验的加热结构、装置及应用，涉及核工程技术领域，加热结构包括上加热板和下加热板，上加热板和下加热板均为阶梯式结构，上加热板四周由上陶瓷侧板包裹，下加热板四周由下陶瓷侧板包裹；上陶瓷侧板的两端均设置有开口向下的上凹槽，下陶瓷侧板的两端均设置有开口向上的下凹槽，在上陶瓷侧板与下陶瓷侧板合并时，上凹槽与下凹槽形成矩形流道的进出口，且上陶瓷侧板与下陶瓷侧板中部形成矩形流道；上陶瓷侧板上方安装有上陶瓷顶板，下陶瓷侧板的下方安装有下陶瓷底板；上陶瓷顶板和下陶瓷底板上均设置有孔洞；上加热板和下加热板上均连接有加热棒。可以实现不同功率水平的加热模式，满足特定实验需求。技术研发人员：曹铭泽,张君毅,闫晓,周磊,唐吴宇,刘亮,徐建军受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院技术研发日：技术公布日：2024/8/27