本發(fā)明涉及一種換熱器以及包括換熱器作為蒸發(fā)器的模擬實驗裝置和方法，具體涉及一種換熱器以及實現(xiàn)反應(yīng)堆系統(tǒng)自然循環(huán)停滯再啟動全部過程模擬的實驗方法。

背景技術(shù)：

目前，國外尚未有開展反應(yīng)堆自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗的相關(guān)報道。中國核動力研究設(shè)計院在已有的自然循環(huán)模擬實驗基礎(chǔ)上，開展自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗，目的是進(jìn)一步探索和研究自然循環(huán)系統(tǒng)長期運行特性以及邊界類問題。在自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗之前，必須解決初始條件模擬、邊界條件模擬、以及自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定如何量化等關(guān)鍵技術(shù)問題，建立自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗方法。本發(fā)明以上述關(guān)鍵技術(shù)問題為導(dǎo)向，提出了初始工況建立方法、熱源模擬方法、自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則，為開展自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新的換熱器結(jié)構(gòu)以及一套實驗裝置和方法，解決反應(yīng)堆自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗中涉及的初始工況建立方法、熱源模擬方法、自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則等關(guān)鍵技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種反應(yīng)堆模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括穩(wěn)壓器、反應(yīng)堆模擬體、堆芯模擬件、主管道進(jìn)口閥門、蒸汽發(fā)生器模擬體、蒸汽發(fā)生器模擬體冷卻系統(tǒng)、主泵和主管道出口閥門，所述穩(wěn)壓器連接反應(yīng)堆模擬體，堆芯模擬件設(shè)置在反應(yīng)堆模擬體中，所述的反應(yīng)堆模擬體、主管道進(jìn)口閥門、蒸汽發(fā)生器模擬體、蒸汽發(fā)生器模擬體冷卻系統(tǒng)、主泵和主管道出口閥門依次連接，形成一個循環(huán)回路系統(tǒng)。

一種利用前面所述的系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)堆自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：初始工況模擬方法，解決了實驗初始條件的模擬問題；

步驟二：熱源模擬方法，解決了實驗邊界條件的模擬問題；

步驟三：自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則，解決了自然循環(huán)停滯、再啟動邊界判定如何量化的問題。

作為優(yōu)選，步驟一的具體實施如下：

啟動穩(wěn)壓器使循環(huán)回路升壓，開啟主管道進(jìn)口閥門和主管道出口閥門，啟動主泵，啟動堆芯模擬件，使回路繼續(xù)升溫升至反應(yīng)堆停堆零時刻的熱工工況；穩(wěn)定一定時間后，關(guān)停主泵，所述堆芯模擬件切換至自動控制模式，從第一功率模擬反應(yīng)堆功率曲線，投入蒸汽發(fā)生器模擬體冷卻水系統(tǒng)，回路逐漸降溫降壓，當(dāng)反應(yīng)堆功率降至第二功率時，采集此時回路系統(tǒng)的熱工參數(shù)，即可作為自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗的初始工況。

作為優(yōu)選，穩(wěn)定三十分鐘后，關(guān)停主泵。

作為優(yōu)選，第一功率時10MW，第二功率是500kW。

作為優(yōu)選，步驟二的具體實施如下：

堆芯模擬件采用電熱元件，根據(jù)第一功率的反應(yīng)堆功率計算得到直流電流的數(shù)值，同樣地，根據(jù)反應(yīng)堆功率曲線可計算得到堆芯模擬件直流電流曲線，因此控制堆芯模擬件直流電流便可實現(xiàn)反應(yīng)堆功率的高精度模擬，初始工況實驗采用實時模擬，不需要對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸進(jìn)行變換；在后續(xù)的自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗中，采用非實時模擬，通過對堆芯模擬件直流電流曲線的時間軸進(jìn)行變換實現(xiàn)對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸變換，再根據(jù)變換后的反應(yīng)堆功率曲線進(jìn)行熱源模擬。

作為優(yōu)選，堆芯模擬件采用電阻為10mΩ的恒阻電熱元件。

作為優(yōu)選，步驟三的具體實施如下：

自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則采用阻力判定準(zhǔn)則，具體采用如下準(zhǔn)則：

△p_f＝∑(△p_0，i+△ρ_ig△H_i) (1)

式中：Δp_f為回路摩擦壓降；Δp_0，i為第i區(qū)間差壓變送器示值；Δρ_i為第i區(qū)間的密度差，Δρ_i＝ρ_0，i-ρ_f，i，ρ_0，i為第i區(qū)間引壓管內(nèi)流體密度，ρ_f，i為第i區(qū)間回路熱流體密度；g為重力加速度；ΔH_i為第i區(qū)間差壓變送器引壓管正負(fù)極高度差，ΔH_i＝H_i+1-H_i，H_i+1為第i區(qū)間引壓管負(fù)極高度，H_i為第i區(qū)間引壓管正極高度；

式中：Δp為回路基準(zhǔn)摩擦壓降，可取初始值；η₁為停滯臨界比例值；η₂為再啟動臨界比例值；η₁、η₂與Δp的選取和回路特性有關(guān)。

具體判定方法如下：若Δp_f/Δp值從較大值降至η₁以下，則判定自然循環(huán)停滯；若Δp_f/Δp值從較小值升至η₂以上，則判定自然循環(huán)重新啟動。

作為優(yōu)選，η1＝0.2％，η2＝1％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的具有如下的優(yōu)點：

1)提供了一種新的換熱器作為模擬實驗的蒸發(fā)器，提高了換熱系數(shù)。

2)采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)及其方法，解決了實驗中初始條件模擬、邊界條件模擬和自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定量化等關(guān)鍵技術(shù)問題。

3)初始工況模擬方法中，開展專門的初始工況實驗，獲得某一低功率條件下的熱工工況，作為自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗的初始工況。有效地解決了兩個問題：一是依靠實驗手段獲得高可靠性的初始工況，優(yōu)于計算分析等技術(shù)途徑；二是避免了每次自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗都要從反應(yīng)堆停堆零時刻開始，大大地降低了實驗的時間和成本。

4)熱源模擬方法中，利用恒阻電熱元件和直流電流控制技術(shù)保證和提高了反應(yīng)堆功率曲線的模擬精度；初始工況實驗采用實時模擬，不需要對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸變換；后續(xù)的自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗采用非實時模擬，可按照線性或非線性比例對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸進(jìn)行變換，由于該過程的反應(yīng)堆功率變化極為緩慢，因而基本不改變系統(tǒng)的熱工水力特性。

5)自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗過程中，對于“低阻力”回路系統(tǒng)，其自然循環(huán)流量及其變化較大，可采用流量判定準(zhǔn)則；對于“高阻力”回路系統(tǒng)，其自然循環(huán)流量先由一個微小量變?yōu)榱?、再由零變?yōu)槲⑿×浚延辛髁坑嬰y以測量，不過，由于此類回路系統(tǒng)的阻力值較大，可基于壓差和溫度測量數(shù)據(jù)計算得到阻力值，本發(fā)明利用這一特點提出阻力判定準(zhǔn)則，解決了這一技術(shù)難題。

6)采用新的反應(yīng)堆模擬體。

附圖說明

圖1初始工況模擬方法示意圖；

圖2時間軸變換前的反應(yīng)堆功率曲線；

圖3時間軸變換后的反應(yīng)堆功率曲線；

圖4初始工況實驗中的反應(yīng)堆功率曲線；

圖5為反應(yīng)堆模擬體示意圖；

圖6是設(shè)置隔板后流體流動示意圖；

圖7是蒸發(fā)器換熱管束的示意圖；

圖8是蒸發(fā)器換熱管束的另一個結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中：1-穩(wěn)壓器；2-反應(yīng)堆模擬體；3-堆芯模擬件；4-主管道進(jìn)口閥門；5-蒸汽發(fā)生器模擬體；6-蒸汽發(fā)生器模擬體冷卻系統(tǒng)；7-主泵；8-主管道出口閥門。

圖2中：9-時間軸變換前的反應(yīng)堆功率曲線；10-時間軸變換后的反應(yīng)堆功率曲線；11-初始工況實驗中的反應(yīng)堆功率曲線。

圖3中，31、上封頭，32、壓力殼體中段，33、壓力殼體下段，34、下封頭，35、中段筒體，36、波紋管，37、下段筒體，38、堆芯模擬體，39、正極銅排，310、負(fù)極銅排，311、進(jìn)口管道，312、出口管道，313中段空腔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細(xì)的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

圖1展示一種反應(yīng)堆模擬系統(tǒng)，如圖1所示，一種反應(yīng)堆模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括穩(wěn)壓器1、反應(yīng)堆模擬體2、堆芯模擬件3、主管道進(jìn)口閥門4、蒸汽發(fā)生器模擬體5、蒸汽發(fā)生器模擬體冷卻系統(tǒng)6、主泵7和主管道出口閥門8，所述穩(wěn)壓器1連接反應(yīng)堆模擬體2，堆芯模擬件3設(shè)置在反應(yīng)堆模擬體2中，所述的反應(yīng)堆模擬體2、主管道進(jìn)口閥門4、蒸汽發(fā)生器模擬體5、蒸汽發(fā)生器模擬體冷卻系統(tǒng)6、主泵7和主管道出口閥門8依次連接，形成一個循環(huán)回路系統(tǒng)。

一種利用前面所述的系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)堆自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗方法，反應(yīng)堆自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗方法包括初始工況建立方法、熱源模擬方法、自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則等，

包括如下步驟：

(1)初始工況模擬方法解決了實驗初始條件的模擬問題。

反應(yīng)堆功率從停堆衰減至自然循環(huán)停滯時的功率水平，通過需要幾天甚至十幾天的時間，在保證模擬的真實性和有效性的前提下，為了節(jié)約實驗時間和成本，實驗不是將反應(yīng)堆停堆零時刻的熱工工況作為初始工況，而是開展專門的初始工況實驗，通過模擬反應(yīng)堆停堆零時刻至某一低功率水平時的全部過程，獲得某一低功率條件下的熱工工況，作為自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗的初始工況。

(2)熱源模擬方法解決了實驗邊界條件的模擬問題。

利用恒阻電熱元件和直流電流控制技術(shù)，模擬熱源即反應(yīng)堆功率隨時間的變化曲線；在不改變反應(yīng)堆熱工水力特性的前提，為節(jié)約時間和成本，實驗會采用非實時模擬，此時還要對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸進(jìn)行變換。

時間軸變換是指坐標(biāo)變換，例如將時間軸即X軸按照線性比例縮小。通過時間軸變換，能夠縮短實驗時間，提高實驗效率。

反應(yīng)堆功率曲線是一個根據(jù)衰變熱功率給定的曲線，實驗中需要轉(zhuǎn)化為電流曲線，本發(fā)明中的堆芯模擬件方案電阻值較為恒定，因而功率曲線容易轉(zhuǎn)化為電流曲線，不像以前的方案需要實時采集功率數(shù)據(jù)，再閉環(huán)控制電流輸出。

非實時模擬是指模擬中的時間比例不是1:1，例如優(yōu)選模擬實驗中用1個小時模擬原型24小時發(fā)生的物理現(xiàn)象及過程。而實時模擬是指模擬中的時間比例是1:1。

(3)自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則解決了自然循環(huán)停滯、再啟動邊界判定如何量化的問題。

自然循環(huán)停滯再啟動邊界判定準(zhǔn)則包括阻力判定準(zhǔn)則和流量判定準(zhǔn)則兩種。其中，阻力判斷準(zhǔn)則以自然循環(huán)回路的摩擦壓降大小作為判定標(biāo)尺(如公式1～3所示)，通常適用于“大溫差”系統(tǒng)；而流量判定準(zhǔn)則以自然循環(huán)回路的流量大小作為判定標(biāo)尺，通常適用于“低阻力”系統(tǒng)。

△p_f＝∑(△p_0，i+△ρ_ig△H_i) (1)

式中：Δp_f為回路摩擦壓降；Δp_0，i為第i區(qū)間差壓變送器示值；Δρ_i為第i區(qū)間的密度差，Δρ_i＝ρ_0，i-ρ_f，i，ρ_0，i為第i區(qū)間引壓管內(nèi)流體密度，ρ_f，i為第i區(qū)間回路熱流體密度；g為重力加速度；ΔH_i為第i區(qū)間差壓變送器引壓管正負(fù)極高度差，ΔH_i＝H_i+1-H_i，H_i+1為第i區(qū)間引壓管負(fù)極高度，Hi為第i區(qū)間引壓管正極高度。

作為優(yōu)選，公式中的各個區(qū)的Δp_0，i、ΔH_i是直接測量，ρ_0，i、ρ_f，i是根據(jù)測量的溫度、壓力得到，例如通溫度和壓力，通過查詢數(shù)據(jù)庫得到，或者將數(shù)據(jù)庫設(shè)置在系統(tǒng)中自動計算得到。

式中：Δp為回路基準(zhǔn)摩擦壓降，可取回路摩擦壓降Δp_f的初始值，即自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗初期摩擦壓降Δp_f，優(yōu)選實驗開始10分鐘的初始值；η₁為停滯臨界比例值；η₂為再啟動臨界比例值；η₁、η₂與Δp的選取和回路特性有關(guān)。

具體判定方法如下：若Δp_f/Δp值從較大值降至η₁以下，則判定自然循環(huán)停滯；若Δp_f/Δp值從較小值升至η₂以上，則判定自然循環(huán)重新啟動。

進(jìn)一步具體實施方式如下：

如圖1所示，初始工況實驗具體實施如下：投入穩(wěn)壓器1使回路升壓，開啟主管道進(jìn)口閥門4和主管道出口閥門8，啟動主泵7，投入堆芯模擬件3，使回路繼續(xù)升溫升至反應(yīng)堆停堆零時刻的熱工工況；穩(wěn)定三十分鐘后，關(guān)停主泵7，堆芯模擬件3切換至自動控制模式，從10MW模擬反應(yīng)堆功率曲線，投入蒸汽發(fā)生器模擬體5冷卻水系統(tǒng)，回路逐漸降溫降壓，當(dāng)反應(yīng)堆功率降至500kW時，采集此時回路系統(tǒng)的熱工參數(shù)，即可作為自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗的初始工況。上述初始工況實驗中的熱源模擬方法如下：堆芯模擬件3采用電阻為10mΩ的恒阻電熱元件，根據(jù)10MW反應(yīng)堆功率計算得到直流電流為31628A，同樣地，根據(jù)反應(yīng)堆功率曲線可計算得到堆芯模擬件3直流電流曲線，因此控制堆芯模擬件3直流電流便可實現(xiàn)反應(yīng)堆功率的高精度模擬，初始工況實驗采用實時模擬，不需要對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸進(jìn)行變換。在后續(xù)的自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗中，采用非實時模擬，通過對堆芯模擬件3直流電流曲線的時間軸進(jìn)行變換實現(xiàn)對反應(yīng)堆功率曲線的時間軸變換，再根據(jù)變換后的反應(yīng)堆功率曲線進(jìn)行熱源模擬。

以“高阻力”回路系統(tǒng)為例，采用阻力判定準(zhǔn)則作為自然循環(huán)停滯再啟動邊界的量化判定準(zhǔn)則，具體實施如下：如圖1所示，采集穩(wěn)壓器1的壓力數(shù)據(jù)，采集每一個設(shè)備、管道的進(jìn)出口(可在設(shè)備和管道中間增加測點)溫度數(shù)據(jù)，采集每一個設(shè)備、管道進(jìn)出口(可在設(shè)備和管道中間增加測點)壓差和高度差數(shù)據(jù)；基于上述采集數(shù)據(jù)，利用公式(1)計算得到自然循環(huán)回路各段的摩擦壓降，例如某分成5段的回路在自然循環(huán)停滯再啟動模擬實驗初期摩擦壓降Δp_f分別為5kPa、120kPa、60kPa、12kPa和1kPa，總摩擦壓降為198kPa，此時回路流速為0.5m/s；經(jīng)過一段時間后流速下降至0.02m/s，流量計無法監(jiān)測，此時摩擦壓降Δp_f分別為15Pa、186Pa、85Pa、18Pa和2Pa，總摩擦壓降為306Pa；Δp_f/Δp＝0.155％<η1＝0.2％，可判定自然循環(huán)停滯了；再經(jīng)過一段時間后，總摩擦壓降上升至2.1kPa，Δpf/Δp＝1.1％>η2＝1％，可判定自然循環(huán)又重新啟動了。

圖5展示了本發(fā)明所采用的一種反應(yīng)堆模擬體，如圖5所示，所述核反應(yīng)堆模擬體從上往下依次包括上封頭31、壓力殼體中段32、壓力殼體下段33和下封頭34，所述上封頭31連接壓力殼體中段32，所述壓力殼體中段32連接壓力殼體下段33，所述壓力殼體下段33連接下封頭34，所述壓力殼體中段32內(nèi)設(shè)置中段筒體35和波紋管36，所述中段筒體35下端連接波紋管36；所述壓力殼體中段32的內(nèi)壁和中段筒體35外壁、波紋管外壁之間限定了中段空腔313。

壓力殼體下段33內(nèi)設(shè)置下段筒體37；下段筒體37內(nèi)設(shè)置堆芯模擬體38；所述壓力殼體中段32設(shè)置進(jìn)口通道311，所述中段筒體35上設(shè)置出口通道312，所述出口通道312延伸到壓力殼體中段32的外壁外；所述堆芯模擬體38包括電加熱元件314；

流體由進(jìn)口通道311流入，流過中段空腔313后，進(jìn)入下段筒體37，流經(jīng)堆芯模擬體38并加熱，后依次通過波紋管36及中段筒體35，最終經(jīng)出口通道流出。

為了適用前面的試驗要求，所述的進(jìn)口通道311和出口通道可以設(shè)置兩個，分別對應(yīng)蒸汽發(fā)生器37和38。

作為優(yōu)選，流體是去離子水。

作為優(yōu)選，所述上封頭31與壓力殼體中段32之間、壓力殼體中段32與壓力殼體下段33之間以及壓力殼體下段33與下封頭34之間通過法蘭連接。

本發(fā)明的上封頭31、壓力殼體中段32、壓力殼體下段33和下封頭34可以拆卸進(jìn)行替換，如壓力殼體中段和壓力殼體下段高度可調(diào)以實現(xiàn)不同流道長度的需求；中段筒體，波紋管，下段筒體內(nèi)外徑可調(diào)以實現(xiàn)不同堆芯流通面積的需求。因此便于模擬不同工況的核反應(yīng)。

作為優(yōu)選，所述壓力殼體中段32、壓力殼體下段33為圓形結(jié)構(gòu)，所述的中段筒體35與壓力殼體中段32在橫截面上為同心圓的結(jié)構(gòu)；所述的壓力殼體下段33和下段筒體37也是在橫截面上為同心圓的結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，下段筒體37外壁為圓形截面，內(nèi)壁為方形截面。優(yōu)選為正方形截面。通過設(shè)置內(nèi)壁為方形結(jié)構(gòu)，便于電加熱元件的分布，保證加熱均勻。

作為優(yōu)選，下段筒體37沿著上下方向設(shè)置分隔板。通過設(shè)置分隔板，使得流體的流程分為至少兩部分。流體在下段筒體內(nèi)先在一側(cè)從上向下流動，然后再進(jìn)入另一側(cè)從下往上流動，或者使流體先從外部從上往下流動，然后從中間從下往上流動。如圖3所示。

作為優(yōu)選，所述堆芯模擬體38包括電加熱元件。

作為優(yōu)選，電加熱元件是多組，所述多組電加熱元件采用串聯(lián)的方式連接，電加熱組件間通過導(dǎo)電銅線相連。

堆芯模擬體中電加熱元件的組數(shù)以及每組電加熱元件的數(shù)量及單根電加熱元件的外徑均可調(diào)節(jié)以滿足不同表面熱流密度需求。

作為優(yōu)選，沿著流體的流動方向，將電加熱元件單位長度的電加熱功率W設(shè)置為流體流動路徑S的函數(shù)，其中S是距離流體進(jìn)入堆芯模擬體入口的長度，即W＝F(S)，F(xiàn)’(S)>0，其中F’(S)是F(S)的一次導(dǎo)數(shù)。

上述的電加熱功率的變化，實際上就是沿著流體的流動方向上，單位長度的電加熱功率逐漸升高。通過上述的電加熱功率的規(guī)律變化，可為極大的提高流體的換熱效率，通過實驗發(fā)現(xiàn)，在相同的總功率下，能夠提高15％左右的換熱效率。通過理論分析，發(fā)現(xiàn)采用上述的規(guī)律變化，類似于換熱器中的逆流換熱。

作為優(yōu)選，F(xiàn)"(S)>0，其中F"(S)是F(S)的二次導(dǎo)數(shù)。沿著流體的流動方向上，單位長度的電加熱功率逐漸升高的幅度越來越大。通過實驗發(fā)現(xiàn)，在相同的總功率下，上述的設(shè)置能夠提高8％左右的吸熱效率。

作為優(yōu)選，流體在堆芯模擬體38流動的總路徑長度為S_總，流體在堆芯模擬體出口位置的單位長度的電加熱功率為W_后，則在流體進(jìn)入堆芯模擬體入口的長度s處的單位長度的加熱功率為w＝W_后*(s/S)^a，其中a是系數(shù)，1.23<a<1.34。

上述的關(guān)系是通過大量的數(shù)值模擬及其實驗獲得的，通過大量的實驗得到了驗證。通過上述的關(guān)系進(jìn)行功率分配，能夠使得流體的熱量吸收達(dá)到最佳的效果。

作為優(yōu)選，1.28<a<1.30。

作為優(yōu)選，隨著s/S增加，a逐漸減小。

作為優(yōu)選，所述堆芯模擬體8包括多組電加熱元件，所述多組電加熱元件之間是串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

作為對于前面加熱規(guī)律的具體實施方式，作為優(yōu)選，所述電加熱元件分為多段，沿著流體的流動方向，不同段的加熱功率逐漸增加。通過上述的優(yōu)化的設(shè)計，便于加工。

所述電加熱元件采用電阻加熱的方式。

作為優(yōu)選，所述電加熱元件為棒狀電阻。

作為優(yōu)選，所述電加熱元件為電阻絲。

作為優(yōu)選，所述電加熱元件為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述電加熱元件(作為優(yōu)選一個或者多個棒狀電阻或者一個或者多個電阻絲)沿著流體的流動方向，電加熱裝置的外徑越來越小，即電加熱裝置越來越細(xì)。通過上述的優(yōu)化設(shè)置，達(dá)到電加熱裝置不同位置的發(fā)熱功率不同，從而提高電加熱的效率。

作為優(yōu)選，沿著流體的流動方向，電加熱裝置外徑變小的幅度越來越大。

通過采用外徑變化，達(dá)到電加熱裝置不同位置的發(fā)熱功率不同。

作為優(yōu)選，電加熱元件的外部形狀為拋物線的形狀。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)器發(fā)生器模擬體5是一種換熱器，所述換熱器包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的傳熱管束51，所述傳熱管束51沿著豎直方向設(shè)置。所述從反應(yīng)堆模擬體2出來的流體進(jìn)入傳熱管束51。通過傳熱管束51加熱殼體內(nèi)的水來形成蒸汽。

作為優(yōu)選，如圖7所示，所述傳熱管束5外壁向下部延伸的金屬桿5-1，所述金屬桿5-1端部為尖狀結(jié)構(gòu)5-1-1。

作為優(yōu)選，如圖7所示，所述金屬桿5-1與傳熱管束5外壁面的夾角A是30－60度，進(jìn)一步優(yōu)選為40－45度。

換熱管5外部設(shè)置端部為尖狀的桿，可以在氣液兩相流的流動中，一方面可以破壞層流底層，并且增加傳熱面積進(jìn)行強化傳熱，而且因為是桿，流動阻力小，也不會增加殼程的流動阻力，而且通過設(shè)置尖端部，能夠刺破氣液兩相流中的氣泡，實現(xiàn)擴大氣液界面以及氣相邊界層并增強擾動。因此通過設(shè)置尖狀的桿，大大的提高了管程側(cè)的換熱系數(shù)。

作為優(yōu)選，所述金屬桿5-1為多個，金屬桿3-1的分布密度M作為高度H的函數(shù)F(H)，即M＝F(H),在同一根換熱管束上，F(xiàn)’(H)>0，其中F’(H)是F(H)的一次導(dǎo)數(shù)。即沿著高度方向，所述的金屬桿3-1的分布密度越來越大。因為沿著流體的流動方向，上部的氣液兩相流中的氣體也越來越多，因此通過有規(guī)律的設(shè)置多個尖狀金屬桿3-1，可以進(jìn)一步提高換熱系數(shù)，節(jié)約材料。通過實驗發(fā)現(xiàn)，有規(guī)律地設(shè)置金屬桿3-1的分布密度，能夠增加20％左右的換熱效率，而且還能降低5％左右的流動阻力。

作為優(yōu)選，F(xiàn)"(H)>0，其中F"(H)是F(H)的二次導(dǎo)數(shù)。即沿著高度方向，所述的金屬桿3-1的分布密度越來越大的幅度不斷的增大。在實驗中發(fā)現(xiàn)，氣體的增長不是隨著距離線型的增長，而且呈增加式的增長，因此通過設(shè)置上述的規(guī)律變化，進(jìn)一步提高換熱效率。

作為優(yōu)選，金屬桿5-1包括連接換熱管束的傾斜部分5-1-2和與傾斜部分5-1-2相連并且與換熱管束平行的平行部分5-1-3。所述的尖部5-1-1設(shè)置在平行部分5-1-3的端部。

通過設(shè)置平行部分5-1-3，可以使尖部5-1-1直插冷卻流體的流動方向，提高換熱效果。

作為優(yōu)選，如圖8所示，所述傾斜部分5-1-2與換熱管束管壁的夾角A為45－70度，優(yōu)選為55－60度。

通過上述優(yōu)選的夾角，使得阻力較小的情況下，實現(xiàn)很好的換熱效果。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。