核動(dòng)力裝置總體參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、核動(dòng)力裝置因其具有良好的續(xù)航力,較大的推進(jìn)功率,以及高能量密度和核裂變不需要氧氣等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在船舶及航天工業(yè)上。為了包容放射性,核動(dòng)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(jī)組重量體積大,系統(tǒng)熱效率低。綜上原因,導(dǎo)致整個(gè)動(dòng)力裝置笨重且經(jīng)濟(jì)性差。因此利用優(yōu)化技術(shù)降低核動(dòng)力裝置的重量和體積并提高其有效效率,無(wú)疑具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文以核動(dòng)力裝置系統(tǒng)為研究對(duì)象,建立系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)學(xué)模型,開(kāi)發(fā)高效的智能優(yōu)化算法

2、,開(kāi)展了以減小核動(dòng)力裝置重量、體積和提高核動(dòng)力裝置有效效率為目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作,主要內(nèi)容如下:
　　1、建立了蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主汽輪機(jī)和主冷凝器這4個(gè)核動(dòng)力設(shè)備的物理和數(shù)學(xué)模型以及核動(dòng)力裝置熱平衡計(jì)算數(shù)學(xué)模型,采用C＃語(yǔ)言編制了各模型的評(píng)價(jià)程序。在給定一些參數(shù)的條件下,通過(guò)評(píng)價(jià)計(jì)算得到的計(jì)算結(jié)果與母型參數(shù)相比誤差較小,驗(yàn)證了各評(píng)價(jià)程序的可靠性。
　　2、針對(duì)本課題研究對(duì)象的多變量、多約束和非線性的特點(diǎn),綜合分析局部搜索能

3、力強(qiáng)的復(fù)合形算法、全局搜索能力強(qiáng)的遺傳算法和粒子群算法,開(kāi)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(jìn)行約束處理并對(duì)群體排序,改進(jìn)了遺傳算法的交叉機(jī)制,提高了復(fù)合形算法跳出局部最優(yōu)的能力。最后利用國(guó)際上廣泛使用的8個(gè)無(wú)約束測(cè)試函數(shù)、13個(gè)約束測(cè)試函數(shù)和3個(gè)工程優(yōu)化問(wèn)題對(duì)算法進(jìn)行了測(cè)試。
　　3、以蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主汽輪機(jī)和主冷凝器為例,探討核動(dòng)力裝置中單個(gè)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。在蒸汽發(fā)生器的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)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(gè)參數(shù)為優(yōu)化變量,利用新型混合粒子群算法進(jìn)行尋優(yōu),分別獲得了蒸汽發(fā)生器重量、體積和雙目標(biāo)優(yōu)化方案。在蒸汽發(fā)生器單一設(shè)備優(yōu)化的基礎(chǔ)上,考慮部分堆芯約束,對(duì)蒸汽發(fā)生器和堆芯進(jìn)行了耦合優(yōu)化。對(duì)其余三個(gè)設(shè)備,同樣進(jìn)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(biāo)優(yōu)化方案。
　　4、針對(duì)某核動(dòng)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(yīng)堆功

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

6、化變量,對(duì)核動(dòng)力裝置系統(tǒng)重量和體積進(jìn)行尋優(yōu),并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　6、開(kāi)發(fā)了核動(dòng)力裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件。該軟件可進(jìn)行核動(dòng)力裝置評(píng)價(jià),優(yōu)化算法測(cè)試,單一核動(dòng)力設(shè)備優(yōu)化和系統(tǒng)級(jí)核動(dòng)力裝置優(yōu)化工作。在編程處理上,采用了最新的并行計(jì)算技術(shù),加快計(jì)算速度。軟件還為后續(xù)設(shè)備模塊預(yù)留接口,具有可移植性強(qiáng)、界面友好和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。軟件適用于現(xiàn)有系統(tǒng)的改進(jìn)論證計(jì)算,以及新型核動(dòng)力裝置的初步設(shè)計(jì)計(jì)算。
　　本文完成了核動(dòng)力裝置優(yōu)化過(guò)程