Basınçlı su reaktörlerinde U-borulu buhar üreteçlerinin doğrusal olmayan dinamik modellenmesi

Abstract

Basınçlı Su Reaktörlerinde yer alan U-Borulu Buhar Üreteçleri için dinamik model ve kontrol çalışmalarında kullanılmak üzere yeni bir model ve çözüm yöntemi önerilmiştir. Buhar üreteci 14 düğüm noktasına bölünmüştür. Bu düğüm noktaları diferansiyel formda kütle ve enerji korunumu denklemleri uygulanarak incelenmiştir. Doğrusal olmayan diferansiyel denklem sistemi elde edilmiştir. Bu denklem sistemi dördüncü dereceden Runge-Kutta yöntemi ile Julia programlama dili kullanılarak sayısal olarak çözümlenmiştir. Termodinamik özellikler için anlık doğru veriler Coolprop kütüphanesinden alınmıştır. Modelde kontrol sistemi olarak üç elemanlı PI kontrol uygulanmıştır. Besleme suyu kütlesel debisi, buhar çıkış kütlesel debisi, birincil kısım akışkanın giriş kütlesel debisi, besleme suyu giriş sıcaklığı ve birincil kısım akışkanın giriş sıcaklığındaki değişimler incelenmiş ve buhar üretecinin tepkisi geliştirilen model kullanılarak simüle edilmiştir. Önerilen modelin U-borulu buhar üreteçleri için literatürdeki çalışmalarla karşılaştırılabilir sonuçlar verdiği ve dinamik model ile kontrol simülasyonlarında kullanılabileceği görülmüştür. Basınçlı Su Reaktörleri ve geliştirilen U-borulu Buhar Üreteci modelinin termodinamik performans analizi için ekserji analizi uygulanmıştır. Tipik bir basınçlı su reaktörünün her bir bileşeni ve geliştirilen U-borulu buhar üreteci modelinin tüm düğüm noktaları için ekserji yıkımı ile verimliliği hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. Birincil kısım akışkanın giriş kütlesel debisi, besleme suyu giriş sıcaklığı, birincil kısım akışkanın giriş sıcaklığı ve U-boru çap oranındaki değişimler incelenmiş ve buhar üretecinin tepkisi geliştirilen modelle sunulmuştur. Basınçlı su reaktörleri ekserji analizinde en fazla ekserji yıkım oranının reaktör (%61,80), yoğuşturucu (%14,27) ve türbinlerde (%8,28) olduğu görülmüştür. U-borulu buhar üreteci ekserji analizinde ise ekserji yıkım oranının iniş kanalı ve kaynama bölgesi düğüm noktalarında daha fazla olduğu belirlenmiştir.

A new model and solution method has been proposed for U-Tube Steam Generators in Pressurized Water Reactors to be used in dynamic model and control studies. The steam generator is separated into 14 nodes. These nodes are investigated by applying the mass and energy conservation equations in differential form. A nonlinear differential equation system has been obtained. The system of equation has been numerically analyzed utilizing the Julia programming language through a fourth order Runge–Kutta method. Instantaneous accurate data for thermodynamic properties have been taken from the Coolprop library. Three-element PI control has been applied as the control system in the model. Changes in feedwater flow rate, steam outlet flow rate, primary fluid inlet flow rate, feedwater inlet temperature and primary fluid inlet temperature have been investigated and the response of the steam generator has been simulated using the proposed model. It has been seen that the proposed model gives responses for U-Tube Steam Generators comparable to those in previous studies and that it can be utilized in control simulations and dynamic model. Exergy analysis has been performed for thermodynamic performance analysis for Pressurized Water Reactors and the developed U-Tube Steam Generators model. Exergy destruction and efficiency have been obtained and compared for each component of typical Pressurized Water Reactors and all nodes of the developed U-Tube Steam Generators model. Changes in the primary fluid inlet flow rate, primary fluid inlet temperature, feedwater inlet temperature and U-tubes diameter ratio have been investigated and the response of the steam generator has been presented with the developed model. In the pressurized water reactor exergy analysis, it has been observed that the highest exergy destruction rate was in the reactor (61.80%), condenser (14.27%) and turbines (8.28%). In the U-tube steam generator exergy analysis, it was determined that the exergy destruction rate was higher in the downcomer and boiling zone nodes.