Abstract
本論文是研究用過核燃料中期貯存設施熱設計所必備的熱傳基礎，並且提出各種審查工作進行時的評估重點，以及在面臨送審的貯存設施熱設計資料時，所必須加以考慮的熱傳現象，並計算出結果加以驗證。 熱傳基礎包括熱傳三基本機制的熱傳導、熱對流、及熱輻射討論。本論文中將針對上述三種熱傳機制闡述熱分析的一般模式。另外，我們也將針對在邊界上的四種條件：溫度、熱通率、熱對流及熱輻射等加以闡釋。 目前從事的分析項目主要有下列幾項：(1)為了能夠提供較方便的模擬分析介面，我們自行建立一套專門分析直立式用過核燃料中期貯存設施的熱分析程式。因此，必須先收集數值計算方法，來建立分析模型。(2)為了能夠簡化熱分析計算的複雜度，我們也提出了均質材料性質的假設及計算方法，我們是用所佔體積比例來加以計算。(3)在邊界條件上，我們也分別對一些重要的邊界條件進行分析，這些邊界條件包括熱對流、熱輻射及熱通率。熱對流分析方面，在空氣通道中，我們先利用空氣摩擦壓降會等於空氣因受衰變熱所產生之浮力的平衡關係，來求得空氣通道之溫度分佈，並利用經驗公式算出對應的對流熱傳係數，再將其代入熱分析模型做為熱對流邊界條件。在氦氣層中，則是採用等效熱傳導度的方式計算。熱輻射方面，基於數值方法計算的考量，因此也是採用等效熱傳導度的方式。另外還有材料性質、環境熱傳對流係數、燃料元件熱負載等。 在上述熱傳機制相關參數中，我們認為對貯存設施溫度分佈較重要且不易掌握的熱傳參數包括：貯存鋼桶內氦氣之對流熱傳係數、空氣通道內對流熱傳係數、環境溫度及空氣通道內的流阻係數，我們也將藉由改變這些係數值的範圍來探討其靈敏度。 除了穩態的分析之外，我們也針對一些暫態事故加以分析，例如空氣通道的阻塞，或當發生火災事故時，對整個貯存設施的影響。對空氣管道阻塞情形的分析，是因為貯存設施的衰變熱絕大多數是由空氣自然對流所帶走，一旦進口阻塞，對流條件改變，是否還能達到良好移熱的功能，是我們所關心的重點。而當火災事故發生時，外界空氣驟然昇高，在多久的時間內會對貯存設施或燃料元件造成超過臨界負載的情況，也是暫態分析的要點。 另外，我們也將所分析出來的結果，和過去一些有關用過核燃料中期貯存設施的相關研究結果，來做一個比較，包括貯存設施安全分析報告及以套裝軟體ANSYS為分析工具的論文研究。 從本論文的結果中有下列發現：（1）正常情況下，貯存鋼桶內燃料元件最高溫度並非想像中發生在最高點，其溫度分佈會隨著高度呈現近似正弦函數的變化。（2）雖然在貯存鋼桶內，衰變熱主要是以徑向傳至外界，然而軸向的熱傳也不可完全忽略。（3）氦氣層等效熱傳導度及空氣通道內對流熱傳係數，是影響貯存設施移熱能力的主要因素，然而缺乏相關研究來得知正確數值，應多加以實驗驗證。（4）在貯存設施喪失其移熱能力，甚至外界有額外熱源時，鋼桶內的氦氣因較大的比熱而能提供熱沉的作用，使燃料元件的溫度在短時間內不至於急遽上昇。