核動力系統(tǒng)多目標優(yōu)化方法研究及可行性驗證.pdf

1、壓水反應堆由于其技術相對成熟、安全可靠性高、運行性能良好，成為船舶核動力的最主要堆型。在保持推進功率不變的前提下，如能減小核動力系統(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?？梢姡谠O備、系統(tǒng)設計要求得到保障的前提下，在設計階段考慮核動力系統(tǒng)重量、體積和其他關鍵指標的優(yōu)化設計，不僅具有理論意義，更具有工程實用價值。此外，由于核動力系統(tǒng)自身的復雜性、參數(shù)之間的強耦合性以及各種優(yōu)化目標之間的非線性關系，如僅開展單目標優(yōu)化設計

2、，則可能使得該設計指標達到最優(yōu)時，其他指標反而變差，甚至影響到核動力系統(tǒng)的綜合性能。因此，有必要開展針對核動力系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計方法的研究。另外，為了考察核動力系統(tǒng)優(yōu)化設計方案的可用性，有必要對優(yōu)化方案進行設計瞬態(tài)事故的模擬分析，以確定是否滿足設計準則要求。
　　為此，本文引入“非支配解”概念，建立了針對核動力裝置多目標參數(shù)優(yōu)化的一種新方法，并進行了實例分析；同時，利用國際公認的輕水堆最佳瞬態(tài)分析程序RELAP5，研究了核動力裝置

3、優(yōu)化方案在某些典型設計基準事故下的響應行為。具體研究內容如下：
　　1、基于克隆免疫算法的高頻變異策略和復合形算法的深度搜索策略，對第二代非支配解排序算法進行了適當改進；通過對比四個測試函數(shù)的非支配解質量，結果表明：從非支配解的收斂性、連續(xù)性、均勻性和寬廣性這四個標準綜合度量，改進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優(yōu)化算法，該算法可高效解決多目標約束優(yōu)化問題。
　　2、通過

4、改進第二代非支配解排序算法，基于已有設備數(shù)學模型，實現(xiàn)了以重量最小和一次側流量最小為目標的蒸汽發(fā)生器多目標優(yōu)化設計；以重量最小和體積最小的反應堆一回路系統(tǒng)、全系統(tǒng)的多目標優(yōu)化設計，并獲得各自非支配解前沿面。研究結果表明：對于蒸汽發(fā)生器，堆芯冷卻劑進口溫度是影響其非支配解分布的關鍵參數(shù)，通過優(yōu)化，可使得其重量和一次側流量分別最大減少16.5％和17.0%；對于一回路系統(tǒng)，堆芯冷卻劑進口溫度是影響其非支配解分布的關鍵參數(shù)，通過優(yōu)化，可使得其

5、重量和體積分別最大減少9.8%和11.4%；對于全系統(tǒng)，蒸汽發(fā)生器二次側壓力是影響其非支配解分布的關鍵參數(shù)，通過優(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；利用母型參數(shù)對RELAP5仿真結果進行了驗證。結果表明：RELAP5模型主要參數(shù)的計算誤差在1.21%之內，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事故進程的影響，在所研究的優(yōu)化方案中，單臺蒸汽發(fā)生器輔助給水流量應不得小于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作較母型早，更有利