高考申論題
107年
[核子工程] 核工原理
第 三 題
三、一圓柱形 UO2 燃料棒,直徑為1cm,並有厚度為0.025cm 之護套。請參考下列資料計算燃料棒表面熱通率(kW/m²)以及護套表面溫度 To(℃)。(25分)
圓柱形穩態平衡方程式 d²T/dr² + (1/r)dT/dr + S/K = 0
其中T為溫度,K為熱傳導係數,S為熱源強度(kW/m³)
護套表面熱傳係數h=2.25(kW/m℃),冷卻水溫度 Tf=288°C
燃料棒發熱率為16.4(kW/m)
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到穩態燃料棒熱傳題目，首重「能量守恆」。先利用單位長度發熱率（線功率）推導出表面熱通率，再透過牛頓冷卻定律（Newton's law of cooling）與給定的表面熱傳係數及冷卻水溫度，求出護套表面溫度。題目提供的圓柱方程式為內部溫度分佈基礎，但計算表面邊界條件參數時，直接使用巨觀能量平衡即可。
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【解題關鍵】利用穩態能量守恆定律推導表面熱通率，並代入牛頓冷卻定律求取護套表面溫度。 【解答】 Step 1：幾何參數整理與單位換算
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