反应堆冷却剂主泵优化设计

摘要

反应堆冷却剂主泵是核动力装置的重要设备之一，其重量、尺寸是影响核动力装置的整体重量及布置的重要因素。本文以屏蔽式反应堆冷却剂主泵为研究对象，采用自主开发的群体复合形优化算法，开展了以屏蔽式反应堆冷却剂主泵重量为优化目标的优化设计。考虑到屏蔽电机是屏蔽式主泵中的主要大型部件之一，本文也开展了基于映射交叉遗传算法实现屏蔽电机重量的优化设计，从而使屏蔽式主泵重量最小。
　　基于文献调研，选取复合形算法优化屏蔽式主泵，遗传算法优化屏蔽电机。针对标准复合形优化算法和标准遗传算法的缺点，提出改进方案，得到性能较好的群体复合形优化算法和映射交叉遗传算法。本文建立了屏蔽式反应堆冷却剂主泵及屏蔽电机的数学模型，并应用C＃语言开发了相应计算程序。分析运行参数和结构参数影响屏蔽式主泵和屏蔽电机重量的敏感性，结果反映了设计参数变化对目标函数的影响趋势及其程度。同时，参考屏蔽电机设计性能的参数效应分析结果，选取屏蔽电机优化设计变量。确定相应约束条件后，实现了反应堆冷却剂主泵与内部电机的复合优化设计，并对优化结果进行了对比分析。基于所建立的瞬态计算模型，验证优化结果的可行性。
　　复合优化设计结果表明:通过合理组合优化变量，可实现屏蔽式反应堆冷却剂主泵重量的优化设计。优化方案的重量减小了11.962％，优化效果显著。主泵单独优化设计结果显示:反应堆冷却剂主泵的重量减小了7.538％。复合优化与主泵单独优化相比，重量优化效果更加突出。分析优化模型的惰转瞬态过程，证明优化结果的惰转瞬态过程满足设计要求，并且其惰转瞬态性能优于母型。
　　优化结果从理论上证明了优化的可能性，瞬态分析结果初步验证了该优化设计方案是可行的，可以为工程设计提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 水泵优化设计研究现状

1．3 反应堆冷却剂主泵优化设计描述

1．3．1 设计指标

1．3．2 数学模型

1．4 任务提出及研究内容

第2章 优化设计方法的选取及改进

2．1 概述

2．2 工程优化算法基本原理的对比分析

2．2．1 蚁群算法

2．2．2 微粒群算法

2．2．3 模拟退火算法

2．2．4 神经网络算法

2．2．5 复合形算法

2．2．6 遗传算法

2．2．7 优化算法的对比分析

2．3 复合形算法及遗传算法的改进

2．3．1 群体复合形算法

2．3．2 映射交叉遗传算法

2．4 改进算法性能测试

2．4．1 基准测试函数

2．4．2 测试结果分析

2．5 小结

第3章 反应堆冷却剂主泵模型建立及程序开发

3．1 概述

3．2 屏蔽式主泵模型简化假设

3．3 屏蔽式反应堆冷却剂主泵的数学模型

3．3．1 屏蔽电机数学模型

3．3．2 其它部件数学模型

3．4 反应堆冷却剂主泵评价程序及模型可靠性分析

3．4．1 程序开发环境

3．4．2 反应堆冷却剂主泵评价程序流程图

3．4．3 反应堆冷却剂主泵模型可靠性分析

3．6 本章小结

第4章 屏蔽电机优化设计

4．1 概述

4．2 屏蔽电机重量的参数效应分析

4．3 屏蔽电机设计性能的参数效应分析

4．4 屏蔽电机参数优化设计问题描述

4．4．1 屏蔽电机优化变量的选取

4．4．2 屏蔽电机优化目标的确定

4．4．3 屏蔽电机优化约束条件的确定

4．5 屏蔽电机优化设计结果及分析

4．4 本章小结

第5章 反应堆冷却剂主泵的参数优化设计及瞬态分析

5．1 概述

5．2 反应堆冷却剂主泵重量的参数效应分析

5．3 反应堆冷却剂主泵与内部电机复合优化的问题描述

5．3．1 复合优化的优化变量选取

5．3．2 复合优化的优化目标确定

5．3．3 复合优化约束条件的确定

5．4 反应堆冷却剂主泵与内部电机复合优化设计结果及分析

5．5 反应堆冷却剂主泵惰转瞬态分析模型

5．5．1 惰转瞬态分析模型的建立

5．5．2 惰转瞬态分析模型的检验与分析

5．6 优化结果的惰转瞬态验证及分析

5．7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢