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核动力设备优化设计研究

作　者: 刘振海
导　师: 阎昌琪
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 核动力设备差分进化算法多目标优化算法近似模型优化设计
分类号: TL353
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 20次
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内容摘要

核动力设备为核动力装置的主要组成部分，通过对核动力设备的参数进行优化设计，可以实现设备性能指标（重量，体积等）的最优化。本文基于数学最优化理论，通过自主设计开发计算程序，开展了对核动力设备的优化设计，具体内容包括：1、针对核动力设备优化设计问题的特点，以群体进化算法中性能优异的差分进化算法为基础，提出了改进策略，开发了一系列改进算法：1）针对现有约束处理方法的不足，提出了自适应归一化约束处理法。2）对差分进化算法从控制参数自适应调整以及与局部优化算法结合两方面进行改进，提出了SADENM混合优化算法，并采用基准测试函数对所开发算法的性能进行数值实验，实验结果表明SADENM算法在收敛速度、求解精度等方面都优于参与比较的其他算法。3）将SADENM算法升级为多目标约束优化算法，以适应核动力设备多目标优化问题的需要。2、以汽轮机为例，探讨所开发的算法对核动力设备优化设计的适应性。首先编制开发了汽轮机的设备评价程序，并对其进行了有效性验证。在保证汽轮机外部参数不变的情况下，选取部分内部参数作为优化变量，结合本文开发的SADENM算法对汽轮机重量，体积以及效率进行了单目标优化设计以及多目标优化设计。3、针对现有优化算法与设备评价程序耦合进行优化设计运行时间长的缺点，研究了近似模型在核动力设备优化设计中的应用方法。在本文开发的SADENM算法基础上，开发了基于在线更新近似模型的SADENM算法，并以汽轮机重量优化为例，说明该算法在收敛速度上的优越性。以自然循环蒸汽发生器的体积优化为例，研究了利用设备评价程序的全局近似模型进行优化设计的可行性，结果表明该方法在保证优化结果准确性的同时，可大幅减少优化所需时间。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 概述  10
  1.2 优化设计问题的数学模型  10-13
  1.3 核动力设备优化设计研究现状  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-18
第2章新型优化算法设计开发  18-52
  2.1 引言  18-19
  2.2 约束处理方式  19-25
    2.2.1 直接约束处理法  21
    2.2.2 松弛约束处理法  21-23
    2.2.3 自适应归一化约束处理  23-25
  2.3 差分进化算法  25-30
    2.3.1 差分进化算法原理  25-28
    2.3.2 差分进化算法改进策略  28-30
  2.4 改进的差分进化算法  30-42
    2.4.1 基于个体搜索记忆的自适应差分进化算法  30-35
    2.4.2 自适应差分进化单纯形下降法  35-42
  2.5 多目标约束优化算法  42-49
  2.6 本章小结  49-52
第3章核动力设备优化设计  52-72
  3.1 引言  52
  3.2 设备优化流程  52-53
  3.3 汽轮机优化设计  53-70
    3.3.1 汽轮机评价模型  54-62
    3.3.2 程序验证  62-64
    3.3.3 汽轮机优化设计以及结果分析  64-70
  3.4 本章小结  70-72
第4章近似模型在核动力设备优化中的应用  72-86
  4.1 引言  72-73
  4.2 近似模型的构建  73-77
    4.2.1 近似模型样本点的选取  73-74
    4.2.2 近似模型构建方法的选取  74-77
  4.3 近似模型在设备优化中的应用  77-85
    4.3.1 基于在线更新近似模型的群体进化算法  77-80
    4.3.2 基于全局近似模型的设备优化  80-85
  4.4 本章小结  85-86
结论  86-88
参考文献  88-92
致谢  92

核动力设备优化设计研究

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