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反应堆冷却剂主泵优化设计
作 者: 李贵敬
导 师: 阎昌琪
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 热能工程
关键词: 屏蔽式反应堆冷却剂泵 屏蔽电机 复合优化设计 群体复合形优化算法 映射交叉遗传算法
分类号: TL353.12
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
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。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 第1章 绪论 11-20 1.1 概述 11-12 1.2 水泵优化设计研究现状 12-15 1.3 反应堆冷却剂主泵优化设计描述 15-18 1.3.1 设计指标 16 1.3.2 数学模型 16-18 1.4 任务提出及研究内容 18-20 第2章 优化设计方法的选取及改进 20-39 2.1 概述 20-21 2.2 工程优化算法基本原理的对比分析 21-32 2.2.1 蚁群算法 21-23 2.2.2 微粒群算法 23-24 2.2.3 模拟退火算法 24-25 2.2.4 神经网络算法 25-26 2.2.5 复合形算法 26-28 2.2.6 遗传算法 28-30 2.2.7 优化算法的对比分析 30-32 2.3 复合形算法及遗传算法的改进 32-34 2.3.1 群体复合形算法 33-34 2.3.2 映射交叉遗传算法 34 2.4 改进算法性能测试 34-37 2.4.1 基准测试函数 35 2.4.2 测试结果分析 35-37 2.5 小结 37-39 第3章 反应堆冷却剂主泵模型建立及程序开发 39-53 3.1 概述 39 3.2 屏蔽式主泵模型简化假设 39-41 3.3 屏蔽式反应堆冷却剂主泵的数学模型 41-50 3.3.1 屏蔽电机数学模型 41-47 3.3.2 其它部件数学模型 47-50 3.4 反应堆冷却剂主泵评价程序及模型可靠性分析 50-52 3.4.1 程序开发环境 50 3.4.2 反应堆冷却剂主泵评价程序流程图 50-51 3.4.3 反应堆冷却剂主泵模型可靠性分析 51-52 3.6 本章小结 52-53 第4章 屏蔽电机优化设计 53-65 4.1 概述 53 4.2 屏蔽电机重量的参数效应分析 53-55 4.3 屏蔽电机设计性能的参数效应分析 55-60 4.4 屏蔽电机参数优化设计问题描述 60-62 4.4.1 屏蔽电机优化变量的选取 60-61 4.4.2 屏蔽电机优化目标的确定 61 4.4.3 屏蔽电机优化约束条件的确定 61-62 4.5 屏蔽电机优化设计结果及分析 62-64 4.6 本章小结 64-65 第5章 反应堆冷却剂主泵的参数优化设计及瞬态分析 65-77 5.1 概述 65 5.2 反应堆冷却剂主泵重量的参数效应分析 65-66 5.3 反应堆冷却剂主泵与内部电机复合优化的问题描述 66-69 5.3.1 复合优化的优化变量选取 67 5.3.2 复合优化的优化目标确定 67-68 5.3.3 复合优化约束条件的确定 68-69 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 69-71 5.5 反应堆冷却剂主泵惰转瞬态分析模型 71-74 5.5.1 惰转瞬态分析模型的建立 71-73 5.5.2 惰转瞬态分析模型的检验与分析 73-74 5.6 优化结果的惰转瞬态验证及分析 74-75 5.7 本章小结 75-77 结论 77-79 参考文献 79-84 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 84-85 致谢 85
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中图分类: > 工业技术 > 原子能技术 > 核反应堆工程 > 反应堆部件及其设计、制造 > 回路及其设备 > 热工设备及冷却系统 > 泵和风机
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