收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

核动力装置总体参数最优化设计

刘成洋  
【摘要】:核动力装置因其具有良好的续航力,较大的推进功率,以及高能量密度和核裂变不需要氧气等优点,被广泛应用在船舶及航天工业上。为了包容放射性,核动力装置一回路还有许多辅助系统;由于二回路使用饱和蒸汽,汽轮机组重量体积大,系统热效率低。综上原因,导致整个动力装置笨重且经济性差。因此利用优化技术降低核动力装置的重量和体积并提高其有效效率,无疑具有重要的理论和现实意义。本文以核动力装置系统为研究对象,建立系统主要设备的数学模型,开发高效的智能优化算法,开展了以减小核动力装置重量、体积和提高核动力装置有效效率为目标的优化设计工作,主要内容如下: 1、建立了蒸汽发生器、稳压器、主汽轮机和主冷凝器这4个核动力设备的物理和数学模型以及核动力装置热平衡计算数学模型,采用C#语言编制了各模型的评价程序。在给定一些参数的条件下,通过评价计算得到的计算结果与母型参数相比误差较小,验证了各评价程序的可靠性。 2、针对本课题研究对象的多变量、多约束和非线性的特点,综合分析局部搜索能力强的复合形算法、全局搜索能力强的遗传算法和粒子群算法,开发了一种新型混合粒子群算法。新型混合粒子群算法采用可行性规则进行约束处理并对群体排序,改进了遗传算法的交叉机制,提高了复合形算法跳出局部最优的能力。最后利用国际上广泛使用的8个无约束测试函数、13个约束测试函数和3个工程优化问题对算法进行了测试。 3、以蒸汽发生器、稳压器、主汽轮机和主冷凝器为例,探讨核动力装置中单个设备的优化设计过程。在蒸汽发生器的优化设计实例中,选取了一回路工作压力、二回路饱和蒸汽压力和蒸汽发生器传热管外径等7个参数为优化变量,利用新型混合粒子群算法进行寻优,分别获得了蒸汽发生器重量、体积和双目标优化方案。在蒸汽发生器单一设备优化的基础上,考虑部分堆芯约束,对蒸汽发生器和堆芯进行了耦合优化。对其余三个设备,同样进行敏感性分析,并各自选取优化变量,给出了重量、体积和双目标优化方案。 4、针对某核动力装置,选取冷凝器压力、高压缸排汽干度和低压缸排汽干度作为优化变量,以反应堆功率和蒸汽发生器总蒸汽产量在某一范围内变化作为约束条件,利用新型混合粒子群算法对核动力装置有效效率进行优化,优化后有效效率提高了3.1571%。 5、通过简化核动力装置系统,并结合小组其他成员编制的反应堆堆芯和反应堆压力容器评价程序,编制了核动力装置全系统评价程序。探讨了全系统各设备之间耦合关键因素,基于系统全局性考虑,选取一回路工作压力、反应堆出口冷却剂温度、反应堆进口冷却剂温度、二回路饱和蒸汽压力和冷凝器压力这5个参数作为优化变量,对核动力装置系统重量和体积进行寻优,并对优化结果进行了分析。 6、开发了核动力装置优化设计系统软件。该软件可进行核动力装置评价,优化算法测试,单一核动力设备优化和系统级核动力装置优化工作。在编程处理上,采用了最新的并行计算技术,加快计算速度。软件还为后续设备模块预留接口,具有可移植性强、界面友好和操作简单的特点。软件适用于现有系统的改进论证计算,以及新型核动力装置的初步设计计算。 本文完成了核动力装置优化过程中的数学模型建立、评价程序开发、优化算法改进、优化模型完善、优化算例计算、优化结果分析和优化软件开发工作。论文研究初步形成了比较完整的核动力装置总体参数最优化设计方法,是优化技术在核动力装置设计中的有益尝试,也为进一步的优化设计理论及应用研究奠定了良好的基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 侯素霞;赵福宇;罗积军;邰云;;蒸汽发生器传热管腐蚀监测技术研究[J];原子能科学技术;2009年04期
2 蔡民;俄罗斯现代潜艇设计管窥[J];舰船科学技术;2002年03期
3 陈锋仔;董秀臣;张宁;;基于概率神经网络的船用核动力装置故障诊断方法研究[J];中国修船;2009年06期
4 张炯,王运河;核动力装置人因工程分析技术研究[J];质量与可靠性;2000年02期
5 于莲芝,颜国正,丁国清,梁卫冲;核工业机器人现场分布式控制[J];仪器仪表学报;2004年S1期
6 周刚,张大发,彭威;基于Elman神经网络的NSG水位特性辨识方法研究[J];海军工程大学学报;2005年05期
7 陈进军;周刚;蔡琦;;基于RBF神经网络的核动力装置故障诊断方法研究[J];热科学与技术;2007年01期
8 薛若军;田兆斐;赵强;;核动力装置冷凝器实时仿真[J];核动力工程;2008年05期
9 李大鹏,王少明,孙丰瑞,陈耀元;核动力装置一回路瞬态特性分析微机程序的开发[J];电站系统工程;1998年04期
10 周刚;葛盛奇;杨立;;基于神经网络与表决融合的核动力装置故障诊断方法[J];原子能科学技术;2010年S1期
11 俞忠原;施小成;朱祖良;;蒸汽发生器液位控制系统仿真研究[J];应用科技;1988年02期
12 ;“舰船装备维修性通用规范(核动力装置)”通过审查[J];海军工程大学学报;1991年02期
13 付明玉,边信黔,史觊,辛成东,魏东;船用核动力装置专家系统技术研究[J];核科学与工程;2002年03期
14 王录帅,周刚;核动力装置设备老化管理方法研究[J];核动力工程;2004年01期
15 张龙飞,张大发,王少明;主冷却剂泵变频调速方案可行性研究[J];船海工程;2005年05期
16 周刚;殷虎;;NSG水位特性神经网络辨识方法研究[J];计算机仿真;2006年03期
17 郝亚雷;于雷;蔡章生;谢海燕;;核动力装置强迫循环与自然循环过渡过程特性研究[J];核科学与工程;2007年01期
18 王元;王少明;于雷;;船舶核动力装置一回路小破口失水事故处置规程研究[J];船海工程;2008年05期
19 沈季;夏虹;苏应斌;;基于RELAP5的核动力装置故障诊断数据源研究[J];核科学与工程;2009年02期
20 黎冬冬;;走向衰落的核动力导弹巡洋舰[J];现代舰船;1996年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林原胜;徐俊峰;宋飞飞;;核动力装置系统可靠性分析方法应用[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
2 付锦洲;李玉杰;夏国清;;多堆多机核动力装置智能控制研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第2册)[C];2009年
3 镇启明;宁新献;杨颖策;李刚;杨明;;基于CDG的核动力装置警报模糊推理方法研究[A];中国核学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
4 杨颖策;镇启明;宁新献;杨明;王滨;;基于因果关系图的核动力装置警报分析系统设计[A];中国核学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
5 张大发;陈登科;蔡猛;江玮;;基于Windows CE的船用核动力安全信息系统研究与开发[A];中国核学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
6 朱波;李世停;王陈帆;李垂标;;核动力装置虚拟维修仿真研究[A];中国造船工程学会修船技术学术委员会船舶维修理论与应用论文集第八集(2005—2006年度)[C];2006年
7 周刚;张大发;彭威;;基于小波神经网络的蒸汽发生器动态过程辨识[A];第四届北京核学会核应用技术学术交流会论文集[C];2006年
8 于莲芝;颜国正;丁国清;梁卫冲;;核工业机器人现场分布式控制[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
9 周刚;叶伟城;;基于神经网络的核动力蒸汽发生器水位软测量方法[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
10 周刚;;核动力装置虚拟设计的关键问题研究[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘成洋;核动力装置总体参数最优化设计[D];哈尔滨工程大学;2013年
2 贺士晶;核动力装置参数优化设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谢春丽;核动力装置数据融合智能诊断系统应用研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
4 刘永阔;核动力装置故障诊断智能技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 陈志辉;一体化反应堆冷却剂系统故障诊断方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 田兆斐;核动力装置二回路蒸汽系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 张永生;舰船核动力系统二回路控制策略研究[D];中国舰船研究院;2012年
8 刘亚锦;核电站蒸汽发生器动态安全评估体系与方法[D];武汉大学;2012年
9 黄峻伟;ORC直接接触式蒸汽发生器的传热性能及其优化研究[D];昆明理工大学;2013年
10 刘占辉;小波分析在声学泄漏信号检测中的应用[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏杰;核动力装置运行支持数据库技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 朱荣旭;核动力装置分布式状态监测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 熊晋魁;基于RBF神经网络的凝给水系统故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
4 李玉杰;船用多堆多机核动力装置建模及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
5 陈宏霞;核动力装置故障诊断系统数据库开发[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 杨颖策;基于CDG的核动力装置警报分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 许晨德;基于Ovation系统的核动力装置二回路控制仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
8 王琳;舰船核动力装置辐射防护研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 詹静;基于多层流模型的可靠性分析方法在核动力装置中的应用[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 沈季;基于RELAP5的核动力装置故障诊断数据平台研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报特约撰稿 翟培天;他把魔鬼变成了天使[N];四川科技报;2007年
2 本报记者 蔡毓生 李凯;五洋捉鳖酬壮志 乡音未改忆潮汕[N];汕头日报;2006年
3 记者 魏敬民;“假”环境锻炼真功夫[N];中国船舶报;2007年
4 本报专稿 孟浮生;世界舰船动力技术现状与趋势[N];世界报;2006年
5 玉雷;无须扬帆自破浪[N];中国国防报;2003年
6 王南;太空垃圾之患[N];人民日报;2006年
7 记者 胡毓;全国政协委员胡可一: 我国应开展民用核动力船舶研究[N];中国船舶报;2011年
8 记者 李武英;马清运出任美国USC建筑学院院长[N];建筑时报;2007年
9 志石;以人为本 兴所创业[N];中国质量报;2005年
10 李杰;AIP,潜艇最强大的“肺”[N];中国国防报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978