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研究生: 陳均成
Chun-Cheng Chen
論文名稱: 有限元素法熱傳導分析程式的發展與視窗化介面的設計應用
Developments and Applications of a Windows Based Finite Element Thermal Conduction Code
指導教授: 施純寬
Chun-kuan Shih
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 96
中文關鍵詞: 熱傳導乾式貯存用過核燃料視窗化設計
外文關鍵詞: Conduction, Dry Storage, Spent Nuclear Fuel, GUI design
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  • 由於電腦運算能力的增加,使得許多工程問題也能在個人電腦上運算得到解答。在本論文中,我們使用一個以有限元素法為原理、並利用Fortran語法編寫的熱傳導計算程式,由於有限元素法的原理相當複雜,且程式只能使用文字格式來進行輸入,因此我們希望能建立一套整合前、後處理器的視窗介面軟體,並能使用在教學上,可以讓使用者簡單的運用、輕鬆的瞭解熱現象。在介面程式的編寫上,我們使用Visual Basic 6.0來當作前、後處理器的開發工具,並與計算程式作結合,完成了基本圖形的自動化設計。

    之後,我們期望能利用此套程式對用過核燃料乾式貯存的案例來做分析。用過核燃料在浸泡於燃料水池中數年過後,依然持續有衰減熱的產生,因此在設計與建造乾式貯存場的同時便需對其作熱分析。爾等希望藉由本論文的研究能提供未來乾式貯存熱分析的評估當作參考的資料。在設計乾式貯存程式的模組時,因為用過核燃料組件的構造十分複雜,因此我們利用了均質材料的觀念來簡化元素切割的問題,並利用一些經驗公式推導出對流係數的估計值,來達到快速計算模擬的目的。

    由分析的結果可以發現,在我們設定的模擬案例中,燃料組件內部的溫度均可保持在法規要求的最高溫度之下;熱輻射對乾式貯存熱交換所造成的影響相當大;直立式乾式貯存雖然燃料溫度比水平式來的高,但是並沒有超過法規標準。


    As computer gets upgrading, numerous engineering project issues can be simulated on PC. In this research, we use a finite element thermal conduction code compiled by Fortran language. Due to finite element method is quite complicated, and can be used only in the form of texts to input parameters, we develop a graphical user interface software which could combine the code with preprocessor and postprocessor. In the future we can use this operating easily software in teaching. The users can understand the thermal phenomenon through postprocessor. Therefore, we use “Visual Basic 6.0” to be our program developing tool.

    After completing auto-mech design of simple shapes, we suppose to analyze the spent nuclear fuel dry storage case through the software. The spent nuclear fuels immersing in the fuel pool for several years still generate decay heat. Consequently, it is necessary to analyze the thermal phenomenon while designing and building dry storage plant. We expect to offer a reference for the spent nuclear fuel dry storage module by this research.

    While designing the dry storage model, we found that the structure of fuel assembly is complex. For this reason, we build up a kind of homogenous material property to simplify element mech problems, and utilize some correlations to evaluate heat convection coefficients for simulating fast.

    According to the result, we conclude as followings. First, all fuel assembly temperatures are under the dry storage regulation. Second, thermal radiation has great effect on heat exchange. Finally, the horizontal dry storage temperature is lower than the vertical one, but the latter still under the regulation.

    摘要 I ABSTRACT II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 X 第一章 序論 1 第二章 有限元素法之簡介 3 2.1 數值計算方法的基本介紹 3 2.2 有限元素法熱傳導模式的理論基礎 4 2.3 計算主程式的發展與理論概念 7 第三章 介面視窗化的發展過程與探討 13 3.1 視窗介面發展的概念與規劃 13 3.2 前處理器的功能與流程介紹 14 3.3 後處理器的功能與流程介紹 18 3.4 問題與討論 19 第四章 用過核燃料乾式貯存的案例應用與分析 36 4.1 用過核燃料乾式貯存的設計概念 36 4.2 實際案例的假設與簡化 37 4.3 程式模組化的建立 41 4.4 乾式貯存程式的使用流程 46 4.5 案例模擬 47 4.6 模擬結果的分析與探討 48 第五章 結論與建議 88 參考文獻 90 附錄A 92

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