核動(dòng)力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法研究及可行性驗(yàn)證.pdf

1、壓水反應(yīng)堆由于其技術(shù)相對(duì)成熟、安全可靠性高、運(yùn)行性能良好，成為船舶核動(dòng)力的最主要堆型。在保持推進(jìn)功率不變的前提下，如能減小核動(dòng)力系統(tǒng)的重量和尺寸，則可以改善船員生活條件，或提高船舶有效載荷?？梢?jiàn)，在設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求得到保障的前提下，在設(shè)計(jì)階段考慮核動(dòng)力系統(tǒng)重量、體積和其他關(guān)鍵指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅具有理論意義，更具有工程實(shí)用價(jià)值。此外，由于核動(dòng)力系統(tǒng)自身的復(fù)雜性、參數(shù)之間的強(qiáng)耦合性以及各種優(yōu)化目標(biāo)之間的非線(xiàn)性關(guān)系，如僅開(kāi)展單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2、，則可能使得該設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)時(shí)，其他指標(biāo)反而變差，甚至影響到核動(dòng)力系統(tǒng)的綜合性能。因此，有必要開(kāi)展針對(duì)核動(dòng)力系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究。另外，為了考察核動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的可用性，有必要對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)瞬態(tài)事故的模擬分析，以確定是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求。
　　為此，本文引入“非支配解”概念，建立了針對(duì)核動(dòng)力裝置多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化的一種新方法，并進(jìn)行了實(shí)例分析；同時(shí)，利用國(guó)際公認(rèn)的輕水堆最佳瞬態(tài)分析程序RELAP5，研究了核動(dòng)力裝置

3、優(yōu)化方案在某些典型設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下的響應(yīng)行為。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、基于克隆免疫算法的高頻變異策略和復(fù)合形算法的深度搜索策略，對(duì)第二代非支配解排序算法進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)；通過(guò)對(duì)比四個(gè)測(cè)試函數(shù)的非支配解質(zhì)量，結(jié)果表明：從非支配解的收斂性、連續(xù)性、均勻性和寬廣性這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)綜合度量，改進(jìn)第二代非支配解排序算法性能優(yōu)于第二代非支配解排序算法、距離算法和免疫記憶克隆約束多目標(biāo)優(yōu)化算法，該算法可高效解決多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題。
　　2、通過(guò)

4、改進(jìn)第二代非支配解排序算法，基于已有設(shè)備數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了以重量最小和一次側(cè)流量最小為目標(biāo)的蒸汽發(fā)生器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)；以重量最小和體積最小的反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)、全系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并獲得各自非支配解前沿面。研究結(jié)果表明：對(duì)于蒸汽發(fā)生器，堆芯冷卻劑進(jìn)口溫度是影響其非支配解分布的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化，可使得其重量和一次側(cè)流量分別最大減少16.5％和17.0%；對(duì)于一回路系統(tǒng)，堆芯冷卻劑進(jìn)口溫度是影響其非支配解分布的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化，可使得其

5、重量和體積分別最大減少9.8%和11.4%；對(duì)于全系統(tǒng)，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力是影響其非支配解分布的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化，可使得其重量和體積分別最大減少10.4%和23.63%。
　　3、基于RELAP5系統(tǒng)分析程序，分別建立了母型和其優(yōu)化方案的一回路系統(tǒng)模型，并獲得各自穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)；利用母型參數(shù)對(duì)RELAP5仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：RELAP5模型主要參數(shù)的計(jì)算誤差在1.21%之內(nèi)，具有較高精度。
　　4、基于所獲得的母型

6、和優(yōu)化方案的RELAP5穩(wěn)態(tài)工況，分別開(kāi)展了兩種方案在主給水喪失事故、全廠斷電事故和小破口事故下的仿真研究。結(jié)果表明：上述三種事故中，優(yōu)化方案主要參數(shù)的變化規(guī)律與母型基本一致，其堆芯安全能夠得到保障；在主給水喪失與全廠斷電事故中，分析了蒸汽發(fā)生器輔助給水流量大小對(duì)事故進(jìn)程的影響，在所研究的優(yōu)化方案中，單臺(tái)蒸汽發(fā)生器輔助給水流量應(yīng)不得小于10.5kg/s；在等效直徑為100mm的冷段小破口事故中，優(yōu)化方案停堆及高壓安注動(dòng)作較母型早，更有利