核動力裝置總體參數(shù)最優(yōu)化設計.pdf

1、核動力裝置因其具有良好的續(xù)航力,較大的推進功率,以及高能量密度和核裂變不需要氧氣等優(yōu)點,被廣泛應用在船舶及航天工業(yè)上。為了包容放射性,核動力裝置一回路還有許多輔助系統(tǒng);由于二回路使用飽和蒸汽,汽輪機組重量體積大,系統(tǒng)熱效率低。綜上原因,導致整個動力裝置笨重且經濟性差。因此利用優(yōu)化技術降低核動力裝置的重量和體積并提高其有效效率,無疑具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以核動力裝置系統(tǒng)為研究對象,建立系統(tǒng)主要設備的數(shù)學模型,開發(fā)高效的智能優(yōu)化算法

2、,開展了以減小核動力裝置重量、體積和提高核動力裝置有效效率為目標的優(yōu)化設計工作,主要內容如下:
　　1、建立了蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主汽輪機和主冷凝器這4個核動力設備的物理和數(shù)學模型以及核動力裝置熱平衡計算數(shù)學模型,采用C＃語言編制了各模型的評價程序。在給定一些參數(shù)的條件下,通過評價計算得到的計算結果與母型參數(shù)相比誤差較小,驗證了各評價程序的可靠性。
　　2、針對本課題研究對象的多變量、多約束和非線性的特點,綜合分析局部搜索能

3、力強的復合形算法、全局搜索能力強的遺傳算法和粒子群算法,開發(fā)了一種新型混合粒子群算法。新型混合粒子群算法采用可行性規(guī)則進行約束處理并對群體排序,改進了遺傳算法的交叉機制,提高了復合形算法跳出局部最優(yōu)的能力。最后利用國際上廣泛使用的8個無約束測試函數(shù)、13個約束測試函數(shù)和3個工程優(yōu)化問題對算法進行了測試。
　　3、以蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主汽輪機和主冷凝器為例,探討核動力裝置中單個設備的優(yōu)化設計過程。在蒸汽發(fā)生器的優(yōu)化設計實例中,選取

4、了一回路工作壓力、二回路飽和蒸汽壓力和蒸汽發(fā)生器傳熱管外徑等7個參數(shù)為優(yōu)化變量,利用新型混合粒子群算法進行尋優(yōu),分別獲得了蒸汽發(fā)生器重量、體積和雙目標優(yōu)化方案。在蒸汽發(fā)生器單一設備優(yōu)化的基礎上,考慮部分堆芯約束,對蒸汽發(fā)生器和堆芯進行了耦合優(yōu)化。對其余三個設備,同樣進行敏感性分析,并各自選取優(yōu)化變量,給出了重量、體積和雙目標優(yōu)化方案。
　　4、針對某核動力裝置,選取冷凝器壓力、高壓缸排汽干度和低壓缸排汽干度作為優(yōu)化變量,以反應堆功

5、率和蒸汽發(fā)生器總蒸汽產量在某一范圍內變化作為約束條件,利用新型混合粒子群算法對核動力裝置有效效率進行優(yōu)化,優(yōu)化后有效效率提高了3.1571％。
　　5、通過簡化核動力裝置系統(tǒng),并結合小組其他成員編制的反應堆堆芯和反應堆壓力容器評價程序,編制了核動力裝置全系統(tǒng)評價程序。探討了全系統(tǒng)各設備之間耦合關鍵因素,基于系統(tǒng)全局性考慮,選取一回路工作壓力、反應堆出口冷卻劑溫度、反應堆進口冷卻劑溫度、二回路飽和蒸汽壓力和冷凝器壓力這5個參數(shù)作為優(yōu)

6、化變量,對核動力裝置系統(tǒng)重量和體積進行尋優(yōu),并對優(yōu)化結果進行了分析。
　　6、開發(fā)了核動力裝置優(yōu)化設計系統(tǒng)軟件。該軟件可進行核動力裝置評價,優(yōu)化算法測試,單一核動力設備優(yōu)化和系統(tǒng)級核動力裝置優(yōu)化工作。在編程處理上,采用了最新的并行計算技術,加快計算速度。軟件還為后續(xù)設備模塊預留接口,具有可移植性強、界面友好和操作簡單的特點。軟件適用于現(xiàn)有系統(tǒng)的改進論證計算,以及新型核動力裝置的初步設計計算。
　　本文完成了核動力裝置優(yōu)化過程