核動(dòng)力設(shè)備及系統(tǒng)的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、提高核動(dòng)力裝置熱效率是核工程領(lǐng)域一直追求的目標(biāo)。如能在提高熱效率的同時(shí)，達(dá)到減小核動(dòng)力裝置尺寸和重量，則不僅可以提高經(jīng)濟(jì)性，而且可以降低大型設(shè)備的制造、運(yùn)輸和布置等方面的難度。因此，開(kāi)展以核動(dòng)力裝置熱效率、重量及體積為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)研究具有重要的意義。以此為背景，本文構(gòu)建了一種評(píng)價(jià)—優(yōu)化耦合模型，實(shí)現(xiàn)了核動(dòng)力裝置的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)將優(yōu)化程序模塊與核動(dòng)力全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型相耦合，基于C＃語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了計(jì)算程序。其中，全系統(tǒng)數(shù)

2、學(xué)模型包括核動(dòng)力裝置熱效率計(jì)算模型、重量及體積評(píng)價(jià)模型。本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　1、新型優(yōu)化計(jì)算算法的研究。多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題對(duì)優(yōu)化算法的優(yōu)化性能提出更高的要求，為了獲得具有優(yōu)良性能的優(yōu)化算法，本文將改進(jìn)遺傳算法及改進(jìn)復(fù)合形算法的計(jì)算策略移植到人工蜂群優(yōu)化算法中，提出一種新型混合人工蜂群算法。其中利用改進(jìn)遺傳算法來(lái)保證人工蜂群算法的種群多樣性，并利用改進(jìn)復(fù)合形算法在最好解可能存在的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)局部快速搜索(小區(qū)域深度挖掘)

3、。采用新型混合人工蜂群算法對(duì)5個(gè)無(wú)約束測(cè)試函數(shù)及8個(gè)約束測(cè)試函數(shù)開(kāi)展的數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于無(wú)約束測(cè)試問(wèn)題，新型混合人工蜂群算法的搜索性能優(yōu)于其它對(duì)比算法，對(duì)于約束測(cè)試問(wèn)題，新型混合人工蜂群算法在對(duì)比算法中屬于優(yōu)化性能最好的算法之一。因此，新型混合人工蜂群算法有助于解決核動(dòng)力裝置的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化問(wèn)題。
　　2、給水加熱器、汽水分離再熱器設(shè)備模型研究及其多目標(biāo)優(yōu)化實(shí)例分析。鑒于回?zé)?、再熱加熱器?duì)核動(dòng)力裝置熱效率具有較大影響，而該類設(shè)備又

4、屬于大型設(shè)備，其重量、體積較大，因此在核動(dòng)力裝置多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需首先研究給水加熱器、汽水分離再熱器的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文建立了可靠的給水加熱器、汽水分離再熱器物理過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并利用C＃語(yǔ)言編寫(xiě)了相應(yīng)的評(píng)價(jià)程序。結(jié)合優(yōu)化程序模塊，分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)給水加熱器、汽水分離再熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化實(shí)例研究，其優(yōu)化目標(biāo)是在保證功能性前提下，降低給水加熱器、汽水分離再熱器的重量、減小其體積。優(yōu)化結(jié)果分別給出了給水加熱器、汽水分離再熱器多

5、目標(biāo)最優(yōu)決策方案。優(yōu)化結(jié)果顯示，在滿足所給定的結(jié)構(gòu)及性能約束的條件下，給水加熱器、汽水分離再熱器的凈重量和體積均有較大的優(yōu)化空間。通過(guò)對(duì)給水加熱器、汽水分離再熱器進(jìn)行參數(shù)分析，一方面定性驗(yàn)證了設(shè)備模型的正確性和可用性，另一方面也對(duì)最優(yōu)決策方案的合理性給出了依據(jù)。
　　3、軸封式、屏蔽式主冷卻劑泵設(shè)備模型研究及其多目標(biāo)優(yōu)化實(shí)例分析。主冷卻劑泵作為核動(dòng)力裝置的主要設(shè)備之一，屬于大型設(shè)備，而在已開(kāi)展的核動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中，并未考慮主

6、冷卻劑泵的重量、體積。為了實(shí)現(xiàn)核動(dòng)力裝置多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)，有必要首先研究主冷卻劑泵的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文實(shí)現(xiàn)了軸封式主冷卻劑泵的尺寸估算，建立了軸封式冷卻劑泵的優(yōu)化問(wèn)題。利用所建立的估算方法及優(yōu)化計(jì)算程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸封式主冷卻劑泵決策變量的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化計(jì)算，優(yōu)化目標(biāo)是減輕軸封式主冷卻劑泵的重量、減小其體積。同時(shí)，鑒于屏蔽式主冷卻劑泵也是核動(dòng)力主冷卻劑泵常用泵型之一，也給出了屏蔽式主冷卻劑泵的多目標(biāo)最優(yōu)決策方案。結(jié)果顯示，軸封式主冷

7、卻劑泵及屏蔽式主冷卻劑泵的重量減輕量、體積減少量均比較顯著。
　　4、核動(dòng)力裝置全系統(tǒng)多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。全系統(tǒng)的多目標(biāo)實(shí)例優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的在于改善裝置熱經(jīng)濟(jì)性、減輕全系統(tǒng)重量、降低全系統(tǒng)體積。全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要框架是將熱效率計(jì)算模型與全系統(tǒng)尺寸估算模型相結(jié)合。其中，熱效率計(jì)算模型是依據(jù)等效熱降理論確定的，一種計(jì)算各級(jí)抽汽量的矩陣分析方法。此外，尺寸估算模型結(jié)合了本文所開(kāi)發(fā)的回?zé)?、再熱設(shè)備、主冷卻劑泵數(shù)學(xué)模型，及其它已建立的設(shè)