Kapalı Devreli Gaz Türbininin Nükleer Güç Tahrikli Denizaltılara Uygunluğunun Araştırılması

Abstract

Son yıllardaki teknolojik gelişmeler gaz soğutmalı nükleer reaktörlerin, nükleer güç ile tahrik edilen gemi ve deniz altı sistemlerine uygulanabilirliğini mümkün hale getirmiştir. Bu çalışmanın birinci bölümünde, dünyadaki fosil yakıtların uzun süreli kullanımının sınırlı olduğu, ticari gemi ve deniz altılarda alternatif enerji kaynağı olarak nükleer güç kullanıldığında daha fazla avantaj sağlanabileceği vurgulanmıştır, ikinci bölümde, gaz türbinleri kısaca tanıtılarak gaz soğutmalı reaktörlerde kullanılan gazların özellikleri verilmekte ve en uygun gazın helyum gazı olduğu belirtilmiştir. Ayrıca kapalı devre gaz türbinleri ile birleştirilmiş yüksek sıcaklık gaz reaktörlerinin (HTGR) özellikleri ve üstünlükleri üzerinde durulmuştur. Üçüncü bölümde, Kapalı Brayton Çevriminde çevrimin teorik analizi yapılıp bu analiz için yapılan kabuller anlatılmıştır. Dördüncü bölümde, nükleer tahrikli gerçek kapalı Brayton çevriminde, iş yapan akışkana reaktörden ısı geçişi ve soğutma sisteminde ısı çekilişi esnasında basınç düşümleri de hesaba katılarak çevrimin gücünün ve veriminin, kompresör sıcaklık oranına bağlı değişimin analizi yapılmıştır. Beşinci bölümde, nükleer güç ile tahrik edilen gemi ve denizaltıların tarihsel gelişimi anlatılıp, nükleer güç ile tahrik edilen ticari gemilerin karşılaştıkları zorluklar üzerinde durulmuştur. Ayrıca denizaltılarda kullanılan tahrik sistemlerinin karşılaştırması yapılmıştır. Altıncı bölümde, Nükleer güç ile tahrik edilen denizaltılar için düşünülen Kapalı Brayton Direkt Çevrimi ile endirekt çevrim karşılaştırılması yapılıp bu sistemlerde karşılaşılabilecek zorluklara dikkat çekilmiştir. Son bölümde ise nükleer güç ile tahrik edilen denizaltılara HTGR'lerin uygulanması için sistem geliştirme problemleri sunulmuştur. Bu çalışmanın amacı, Nükleer güç ile tahrik edilen gemi ve denizaltılarda kullanılan basınçlı su reaktörleri (PWR) gibi, bazı yönden daha avantajlı olan HTGR'lerin uygulanabilirliği tartışılmıştır.

In recent years, improvements in technology, the application of gas cooled nuclear reactors in submarines and other ships have become possible. In the first part of this study, limitations of using fossil fuels in submarines and commercial ships is emphasized and it is determined that nuclear energy has several advantages and is the best alternative energy source for submarines. In the second part, gas turbines and their properties are defined. Properties of the gases that can be used in submarines are analyzed and it is concluded that helium can be the most proper gas for HTGR. Also, properties of the closed circuit gas turbines and high temperature gas cooled reactors (HTGR) are explained. In the third part, definitions used for the closed Brayton cycle are explained. Also Brayton cycle itself is theoretically analyzed. In the fourth part, nuclear propelled real closed Brayton cycle's power and efficiency versus compressor pressure is analyzed. While doing this, pressure losses at regenerator and precooler is included. In the fifth part, improvements of nuclear submarines and ships are explained from a historical perspective. Also difficulties seen in commercial nuclear ships are emphasized, in addition, various propulsion systems used in submarines are discussed. In the sixth part, direct and indirect closed Brayton cycles are compared and difficulties seen in both of these systems are emphasized. In the last part, improvements and applications of HTGR systems in nuclear submarines are presented. The aim of this study is to determine the advantages of using high temperature gas cooled reactors (HTGR) in nuclear submarines.