Bir modüler nükleer reaktörün farklı akışkanlarla soğutulmasının termodinamik performansının araştırılması
Investigation of thermodynamic performance of cooling a modular nuclear reactor with different secondary coolants
Yazar: MUHAMMED EMİN TOPAL
Danışman: PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezin amacı, modüler bir nükleer reaktörün farklı ikincil soğutucu akışkanlarla soğutulmasının termodinamik performansını araştırmaktır. Bu kapsamda, seçilen 8,1 MW ısıl gücünde ve temel soğutucu akışkan olarak LiF-BeF2 tuzu içeren bir modüler nükleer reaktörün üç farklı modda soğutma ve güç üretim çevrimleri tasarlanmıştır. Tasarlanan modlar; i) Yardımcı soğutucu akışkan olarak s-CO2 kullanılması, ii) Yardımcı soğutucu akışkan olarak s-Su kullanılması, iii) Yardımcı soğutucu akışkanlar olarak s-CO2, s-Su ve FLiNaK'ın entegre kullanımı. Bu çalışma modları için uygun çevrimler geliştirilerek enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Bu çerçevede, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda testleri yapılan 8,1 MW'lık nükleer reaktörün ısıl kapasitesi referans olarak alınmıştır. s-CO2'li çevrim için türbin işletme parametreleri 22,1 MPa ve 883 K; s-Su'lu çevrim için türbin işletme parametreleri 25 MPa, 1050 K alınmıştır. Sonuç olarak; yapılan hesaplamalar neticesinde, birinci modda %42,3 enerji verimi, %54,9 ekserji verimi, ikinci modda %40,1 enerji verimi, %52,01 ekserji verimi ve üçüncü modda %46,79 enerji verimi, %60,7 ekserji verimi olduğu hesaplanmıştır. Dolayısıyla, üçüncü mod tasarım bakımından yeni ve performans bakımından yüksek olmasına rağmen imalat ve işletim güvenliği bakımından ayrı bir çalışma kapsamında değerlendirilmelidir.

Abstract:
The aim of this thesis is to investigate the thermodynamic performance of cooling a modular nuclear reactor with different secondary coolants. In this regard, the cooling and power generation cycles of a 8.1 MW thermal power-modular nuclear reactor with LiF-BeF2 salt as the main coolant are designed. Designed modes are; i) Utilization of s-CO2 as secondary coolant, ii) Utilization of s-Water as secondary coolant, iii) Integrated utilization of s-CO2, s-Water and FLiNaK as additional coolants. By developing the suitable cycles for these operation modes, energy and exergy analyzes are performed. In this context, the thermal capacity of the nuclear reactor used in the study is taken to be 8.1 MW refering the small modular nuclear reactor at Oak Ridge National Laboratory. Furthermore, turbine operating parameters for s-CO2 cycle are taken to be 22.1 MPa and 883 K; 25 MPa, 1050 K for s-water cycle. Consequently, energy and exergy efficiencies are respectively calculated to be 42.3% and 54.9% for the first mode; 40.1% and 52.01% for the second mode; 46.79% and 60.7% for the integrated mode. Thus, at the end of the calculations for energy and exergy calculations it can be said that although the third mode is a new design and has high performance, it is suggested that, in terms of manufacturing and operational safety, a new comprehensive study should be conducted for future studies.