核廢料最終處置場依序耦合熱-水-力學分析之溫度與飽和度歷程變化

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吳佩蓉(Pei-jung Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

核廢料最終處置場依序耦合熱-水-力學分析之溫度與飽和度歷程變化
(Temperature and saturation histories of sequentially coupled thermal-hydro-mechanical calculation of final nuclear fuel waste repository)

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摘要(中)

用過核燃料的最終處置方式，必須足以防止廢料污染物釋放至生物圈，而對環境與生物造成危害。國際間對此一課題進行許多評估與研究，經由安全性、技術與經濟等多方考量，深地層處置(deep geologic disposal)被認為是最安全可行的處理措施。
本研究以深地層處置之概念為基礎，參考瑞典相關文獻，考慮熱源、緩衝材、回填材、岩石之熱與水力特性，並考量國內文獻對處置場尺寸、初始溫度條件與熱源散熱強度的設計，以有限元素軟體ABAQUS 進行依序耦合熱—水—力學之分析。
在整個處置場完成各材料設置、回填與密封後，地下水的入侵將無可避免，各材料之水力傳導係數與孔隙壓力邊界條件將影響各材料飽和度增加的速率；就包覆著廢料罐的緩衝材來說，地下水入侵會使其飽和度上升，導致熱傳係數增高，熱傳遞速度加快，而溫度迅速向外擴散的結果使得材料結構的不穩定性增加。
本研究主要針對緩衝材熱傳導係數隨飽和度變化的影響，進行依序耦合熱—水—力分析，其結果顯示飽和度歷時變化將對處置場之最高溫度造成顯著的影響。

摘要(英)

A nuclear fuel waste final disposal must provide protection to the creatures and the environment from the hazards of contaminant release.There are many international studying and evaluation about the abject.
Considering of safety, technology and economy, the method of deep geologic disposal is regarded as the most safety and stable way.
In this study, based upon the concept of the deep disposal method, thinking about the thermal, hydrological and mechanical properties of the paper in Sweden. In addition of considering the size of repository, initial condition and boundary condition of the internal paper. Using the “staggered solution technique” to make coupled of thermal-hydro-mechanical calculations by finite element code ABAQUS.
After the completion of the emplacement, filling and sealing .The invasion of the groundwater is not avoidable. The hydraulic conductivities of materials and pore pressure boundary condition will influence the rate of saturation. In the buffer material, the increasing saturation would cause the thermal conductivity to go up.
The fast diffuse heat would result in structurally unstable of thematerials.
The study directed at the influences of the saturation histories on the thermal conductivity of buffer material, to make the scoping analyses. In the results, the maximum temperature in the repository has obvious change due to the saturation histories.

關鍵字(中)

★ 深地層處置
★ 緩衝材料
★ 熱傳導係數
★ 飽和度
★ 依序耦合熱—水—力學分析

關鍵字(英)

★ Deep geological disposal
★ Buffer material
★ Thermal conductivity
★ Saturation
★ Coupled thermal-hydrological-mechanical analysis

論文目次

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 1
1.3研究主題與方法 2
1.4論文內容 3
第二章處置處場配置與分析之相關文獻 5
2.1高放射性廢料的最終處置方式 5
2.2高放射性廢料的處理流程 6
2.3高放射性廢料之安全性相關研究 7
2.4多重障壁系統之相關研究與介紹 8
2.5現階段我國處置場設施配置概念 12
2.6處置場T-H-M效應之相關研究 12
2.6.1熱傳分析 13
2.6.2水力—力學分析 14
第三章依序耦合熱—水力—力學分析理論與數值模擬方法 23
3.1前言 23
3.2熱傳分析理論 23
3.2.1熱傳導 23
3.2.2熱對流 26
3.3水—力學分析理論 27
3.3.1有效應力理論 27
3.3.2廣義虎克定律 29
3.3.3孔隙水流理論 29
3.4數值分析理論 31
3.4.1有限元素法 31
3.4.2代表體積單元 34
3.5熱—水—力學依序耦合之迭代分析 35
3.6分析工具 36
第四章依序耦合熱—水—力分析之文獻驗證 44
4.1前言 44
4.2 分析流程 44
4.3 熱傳分析 45
4.3.1網格設置與建立幾何模型 46
4.3.2材料參數介紹 46
4.3.3初始條件與邊界條件 46
4.3.4熱傳分析之結果驗證 47
4.4接續耦合熱—水力學分析 47
4.4.1網格設置與建立幾何模型 48
4.4.2水力分析之材料參數介紹 48
4.4.3力學分析之材料參數介紹 48
4.4.4初始條件與邊界條件 48
4.4.5接續水力分析之結果驗證 49
4.5耦合熱—水力學之迭代分析 50
4.5.1執行分析流程之批次檔內容說明 50
4.5.2飽和度迭代副程式說明 53
4.5.3判斷溫度收斂性程式之說明 55
4.5.4耦合熱—水力學之迭代分析結果 55
第五章三維模型耦合熱—水—力學之迭代分析 74
5.1 多處置孔分析 74
5.2分析流程 74
5.3網格設置與建立幾何模型 75
5.4材料參數介紹 76
5.5初始條件與邊界條件 76
5.6耦合熱—水力學之迭代分析結果 77
第六章結論與建議 87
6.1結論 87
6.2建議 89
參考文獻 90
附錄一飽和度迭代副程式(第一個時間增量) 94
附錄二讀取初始熱傳分析結果之程式碼(MAX_T_FIRST.FOR) 96
附錄三溫度收斂性判斷之程式碼(T_COMPARISON.FOR) 97

參考文獻

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指導教授

張瑞宏(Jui-hung Chang)

審核日期

2009-8-4

推文