用過核燃料乾式貯存密封鋼筒焊接熱致應力參數分析、太陽能板受不同風速之溫度分析與水冷系統模擬

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姓名

陳奕傑(YI-JIE CHEN) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

用過核燃料乾式貯存密封鋼筒焊接熱致應力參數分析、太陽能板受不同風速之溫度分析與水冷系統模擬

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摘要(中)

本研究主要分成兩部分，第一部分是乾式貯存系統中密封鋼筒受環向焊接的溫度場及殘餘應力場的參數分析，第二部分是太陽能光電模組的環境風速改變對太陽能板的溫度改變導致光電效率的影響。
在乾式貯存密封鋼筒方面，研究重點在於焊接過程中的熱傳導及殘餘應力分佈，透過有限元素法進行數值模擬。分析結果顯示，焊接熱源對鋼筒之溫度場和應力場的影響顯著，不同的焊接參數會導致不同的溫度場，殘餘應力場則因材料已進入塑性變形而變化並不如溫度場一樣顯著。
在太陽能板方面，研究探討了不同風速條件下太陽能板的溫度變化，並模擬了水冷系統的應用。結果顯示，風速對太陽能板溫度有明顯影響，水冷系統可以有效降低太陽能板的工作溫度，提高其效率。結合風速與水冷系統的應用，可以進一步提升太陽能板的散熱性能。
本研究主要使用有限元素法軟體ABAQUS進行模擬，根據參考文獻提供的模型幾何、材料參數、初始條件和邊界條件，建立數值分析模型，再將模擬結果與文獻中提到的物理場數值分析結果或實驗數據和觀測結果進行比較。

摘要(英)

This study is divided into two main parts. The first part focuses on the parametric analysis of temperature fields and residual stress fields in the sealed steel cylinders of dry storage systems, specifically in relation to circumferential welding. The second part examines the impact of changes in environmental wind speed on the temperature of solar photovoltaic modules and how this temperature change affects their photovoltaic efficiency.
In the aspect of dry storage fuel canister, the focus is on the heat conduction and residual stress distribution during the welding process, utilizing finite element method (FEM) for numerical simulation. The analysis results show that the welding heat source significantly affects the temperature and stress fields of the steel cylinder. Different welding parameters lead to different temperature fields, while the residual stress field varies less significantly due to the material entering plastic deformation.
The second part examines the impact of different wind speeds on the temperature and efficiency of solar panels, including a simulation of a water cooling system. The findings indicate that wind speed significantly influences panel temperature, and a water cooling system can effectively reduce the working temperature, thereby improving efficiency. Combining wind speed and water cooling further enhances the heat dissipation performance of solar panels..
ABAQUS software is used for simulation, with models built based on parameters from reference literature. Simulation results are compared with data from the literature to validate the findings.

關鍵字(中)

★ 用過核子燃料
★ 乾式貯存系統
★ 處置罐焊接
★ 太陽能光電模組
★ 水冷系統

關鍵字(英)

★ spent nuclear fuel
★ dry storage of spent fuel
★ disposal canister welding
★ photovoltaic module
★ water cooling

論文目次

摘要 I
ABSTRACT I
致謝 II
目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1.1 乾式貯存系統研究動機與目的 1
1.2 太陽能光電模組研究動機與目的 2
1.3 研究方法與論文內容 2
第二章文獻回顧 4
2.1 乾式貯存 4
2.1.1 乾式貯存在我國核電廠除役計畫的重要性 5
2.1.2 我國乾式貯存計畫之現況 7
2.1.3 美國乾式貯存計畫之相關研究 8
2.1.4 各國乾式貯存計畫之相關研究 9
2.2 焊接(Welding) 10
2.2.1 壓焊(Pressure Welding) 11
2.2.2 軟焊與硬焊(Soldering and Brazing) 12
2.2.3 熔焊(Fusion Welding) 13
2.3 乾式貯存焊接相關研究 14
2.4 太陽能光電模組 16
2.4.1 太陽能光電模組歷史 16
2.4.2 太陽能板種類 17
2.4.3 影響太陽能電池效率相關文獻 18
2.4.4 提升太陽能板電池效率相關文獻 19
第三章理論與數值分析方法 21
3.1 前言 21
3.2 熱傳分析原理 21
3.2.1 熱傳導 22
3.2.2 熱對流 25
3.2.3 熱輻射 26
3.3 熱致應力 27
3.4 有限元素法 28
第四章環向與軸向焊接鋼筒溫度與應力場參數分析 31
4.1 前言 31
4.2 幾何模型配置 32
4.3 材料參數 32
4.4 網格模型 33
4.5 初始條件及邊界條件 34
4.6 熱傳分析之平行驗證 37
4.7 應力分析之平行驗證 41
4.8 環向焊接參數分析 44
4.8.1 案例說明 44
4.8.2 熱傳分析結果 44
4.8.3 應力分析結果 48
4.9 軸向焊接參數分析 53
4.9.1 案例說明 53
4.9.2 熱傳分析結果 55
4.9.3 應力分析結果 57
第五章太陽能板受不同風速之溫度場平行驗證及水冷系統模擬 60
5.1 前言 60
5.2 太陽能板受不同風速之溫度場平行驗證 60
5.2.1 幾何模型配置及材料參數 61
5.2.2 網格模型 62
5.2.3 初始條件及邊界條件 63
5.2.4 熱傳分析之平行驗證 64
5.3 太陽能板之水冷系統模擬 68
5.3.1 幾何模型配置及材料參數 68
5.3.2 模型網格 70
5.3.3 初始條件及邊界條件 70
5.3.4 熱傳分析之平行驗證 72
5.4 風速及水冷系統結合應用 76
5.4.1 幾何模型配置及材料參數 76
5.4.2 網格模型 77
5.4.3 初始條件及邊界條件 77
5.4.4 熱傳分析結果 78
第六章結論與建議 80
6.1 　結論 80
6.2　建議 81
參考文獻 83
附錄1 模擬環向焊接熱源程式碼 86
附錄2 模擬軸向焊接熱源程式碼 88

參考文獻

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https://help.solidworks.com/2024/english/SolidWorks/cworks/c_convection.htm , 2024
[22] 陳丁豪, ，「用過核子燃料最終處置場之間隙熱效應、KBS-3H 熱傳導參數影響分析及處置罐焊接熱致應力參數影響分析」，國立中央大學，碩士論文，2023

指導教授

張瑞宏

審核日期

2024-7-26

推文