類 別 : 核 工 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 核 工 原 理 2 . 熱 水 流 學

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核 工 原 理 、熱 水 流 學 第 1 頁,共 3 頁

經濟部所屬事業機構 103 年新進職員甄試試題

類 別 : 核 工 節 次 : 第 三 節 科 目 : 1 . 核 工 原 理 2 . 熱 水 流 學

注 意 事 項

1.本試題共 3 頁(A3 紙 1 張)。

2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。

3.本試題分 6 大題,每題配分於題目後標明,共 100 分。須用藍、黑色鋼筆或原子筆在答 案卷指定範圍內作答,不提供額外之答案卷,作答時須詳列解答過程,於本試題或其他 紙張作答者不予計分。

4.本試題採雙面印刷,請注意正、背面試題。

5.試題須隨答案卷(卡)繳回。

6.考試時間:120 分鐘。

一、請回答以下問題:

(一)(1)何謂次臨界增殖(Subcritical Multiplication)?(2 分)

(2)請推導反應爐在次臨界達平衡狀態下,最大中子通量(Nmax)、中子源(S0)及有效增殖 因數(Keff)的關係。(3 分)

(二)(1)請說明何謂中子毒素?並請列舉沸水式反應器內之中子毒素的種類。(2 分)

(2)請說明 Xe-135 及 Sm-149 在沸水式反應器內之產生與移除機制。(4 分)

(三)(1)請說明何謂都卜勒擴張(Doppler Broading)。(2 分)

(2)說明都卜勒效應(Doppler Effect)於爐心壽命初期(BOC)、中期(MOC)及末期(EOC),

哪一時期的效應最強,請說明其原因。(2 分)

二、請回答有關沸水式反應爐反應度係數的問題:

(一)請說明何謂反應度係數?並列出主要的反應度係數。(5 分)

(二)請說明反應爐在 75 %熱功率運轉時,發生下列狀況,那一個反應度係數最先作用?如 何作用?

(1)增加反應爐爐心再循環水流量。(3 分)

(2)抽出控制棒。(3 分)

(3)一只反應爐主蒸汽管隔離閥突然關閉。(3 分)

(4)一串高壓飼水加熱器隔離。(3 分)

(5)一只反應爐安全釋壓閥 (Safety Relief Valve,SRV) 突然打開。(3 分)

【請翻頁繼續作答】

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核 工 原 理 、熱 水 流 學 第 2 頁,共 3 頁 三、(一)請說明沸水式反應爐之停機餘裕。(3 分)

(二)一沸水式反應爐核心之停機餘裕為 1.2%△K/K,最強控制棒之本領為 3.8%△K/K,若 控制棒全入時其中子通量讀數為 N0,請估計需抽捧加入多少反應度後,中子通量讀 數會上升達5 倍 N0?(請計算至小數點後三位,以下四捨五入)(9 分)

(三)中子通量讀數達 5 倍 N0 時,反應爐核心之反應度為多少?停機餘裕又為多少?(請計 算至小數點後三位,以下四捨五入)(3 分)

四、一反應器爐心由長 12 呎、直徑 0.4 吋之燃料棒排列組合而成。該反應爐運轉於額定熱功 率3,500 MW,且所計算得之最大熱通量(Maximum calculated heat flux)為 379,000 Btu/hr-ft2

,整體熱通道因數(overall hot channel factor)為 2.7。試計算下列各項:(1 W = 3.412 Btu/hr

;計算至整數位即可,以下四捨五入)

(一)爐心內所有燃料棒之總熱傳面積(10 分)

(二)爐心內所有燃料棒之總數(5 分)

(三)假設 DNB Ratio 值為 2.0,請計算燃料棒實際熱通量值恰為平均熱通量時之臨界熱通 量為何?(5 分)

五、【圖一】所示為某一水流以 20 ft/sec 之速度和 10.3 psig 之壓力,流經內徑 12 吋之水平管 路(其保溫層外徑約為 40 公分,表面溫度為 50℃,表面輻射率為 0.8,室內空氣與環境的 溫度均為 30℃),轉彎向下達 20 呎,然後再次保持水平且內徑增加為 15 吋。試計算下列 各項:(已知水的密度為 62.4 lbm/ft3,Stefan-Boltzman 常數 σ=5.67 x 10-8 W/m2K4,不考慮 摩擦力損耗;計算至小數點下一位,以下四捨五入)

(一)假設最後質量速度為 500 lbm/sec,則最後水流壓力為多少 psia?(5 分)

(二)假設空氣自然對流的熱傳遞係數為 4 W/m2K,試計算室內具保溫管路之單位長度熱損 失。(5 分)

【圖一 】管路示意圖

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六、具有飼水加熱器(feedwater heater)之再生朗肯循環(regenerative Rankine cycle)中,水蒸汽在 4 MPa、400℃的狀況下進入汽輪機,以等熵(entropy)膨脹至中間壓力 800 kPa 後,有部分 水蒸汽從汽輪機內抽出與飼水混合,在 800 kPa 壓力下熱交換成飽和液體,而另外一個泵 將此飽和液體加壓至 4 Mpa 後再運送到蒸汽產生器。未被抽出之水蒸汽在汽輪機內繼續 膨脹至50 kPa,請回答下列問題:(hfg = 2305.4 kJ/kg,sfg = 6.5029 kJ/kg-K,其餘各狀態點 的性質請參考附表;計算至小數點下一位,以下四捨五入)

狀態點 溫度 (T, ℃) 壓力 (P, kPa) 焓 (h, kJ/kg) 熵 (s, kJ/kg-K) 比容 (v, m3/kg)

1 81.33 50 340.49 1.0910 0.00103 2 81.51 800 341.26 1.0910

3 170.43 800 721.11 2.0462 0.001115 4 171.28 4000 724.68

5 400 4000 3213.6 6.7690

6 191 800 2817.8

7 81.33 50

(一)請繪出此一循環之溫度-熵(T-S)圖(5 分)

(二)汽輪機出口蒸汽的焓值(enthalpy)(10 分)

(三)此一循環之熱效率為多少%?(5 分)

數據

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參考文獻

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