核能動力裝置設(shè)計與優(yōu)化原理

內(nèi)容概要

　　本書介紹了核能動力裝置的設(shè)計原理和優(yōu)化原理，分析對象涉及到反應(yīng)堆堆芯、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)、冷凝器等裝置中的所有關(guān)鍵設(shè)備。全書共分8
章，在概括描述核能動力裝置性能特點、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢、類型特點、系統(tǒng)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，介紹了設(shè)計和優(yōu)化的一般步驟和系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)的確定方法；介紹了核反應(yīng)堆堆芯、裝置中的熱力和動力設(shè)備的設(shè)計和分析模型；介紹了多種優(yōu)化算法及其特點；然后以壓水堆型核能動力裝置為分析對象，分別給出了蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆壓力容器兩個單個設(shè)備優(yōu)化和核能動力裝置全系統(tǒng)總體優(yōu)化的案例。
《核能動力裝置設(shè)計與優(yōu)化原理》內(nèi)容涵蓋專業(yè)面寬、綜合性強(qiáng)、特色突出，適合作為高等院校核能科學(xué)與工程、核能與能源工程、核反應(yīng)堆工程與安全等核科學(xué)與核技術(shù)類專業(yè)研究生和高年級本科生專業(yè)課教材。
同時，本書也可作為從事核電站、艦船或航天核動力裝置設(shè)計、優(yōu)化、運行、管理和評價工作的專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)教材和專業(yè)參考書。

書籍目錄

第1章  核能動力裝置概述
  1.1  核能動力裝置的性能特點
  1.2  可移動核動力的應(yīng)用領(lǐng)域
  1.3  可移動核動力技術(shù)的最新發(fā)展趨勢
  1.4  固定式核能動力的最新發(fā)展趨勢
  思考題與習(xí)題
第2章  核動力裝置的系統(tǒng)與設(shè)備
  2.1  核動力裝置功能及原理
  2.2  典型的核動力堆型
  2.3  壓水堆核動力裝置的系統(tǒng)組成
  2.4  核能系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備
  思考題與習(xí)題
第3章  核能動力裝置優(yōu)化綜述
  3.1  優(yōu)化對象的仿真模擬
  3.2  工程優(yōu)化理論概述
  3.3  核能動力裝置的優(yōu)化設(shè)計
  3.4  核能動力裝置參數(shù)優(yōu)化概述
  3.5  設(shè)備外部參數(shù)和總體優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)的確定
  思考題與習(xí)題
第4章  核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計與建模分析
  4.1  核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計綜述
  4.2  堆芯方案耦合設(shè)計的計算流程
  4.3  堆芯主要設(shè)計參數(shù)的確定
  4.4  堆芯中子物理學(xué)設(shè)計與建模分析
  4.5  堆芯熱工水力學(xué)設(shè)計與建模分析
  思考題與習(xí)題
第5章  熱力和動力設(shè)備設(shè)計與建模分析
  5.1  蒸汽發(fā)生器的設(shè)計與動態(tài)模型
  5.2  穩(wěn)壓器的設(shè)計與瞬態(tài)分析模型
  5.3  主冷卻劑泵的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
  5.4  蒸汽輪機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
  5.5  冷凝器的熱工設(shè)計與瞬態(tài)分析模型
  5.6  系統(tǒng)和其他部件的動態(tài)數(shù)學(xué)模型
  思考題與習(xí)題
第6章  優(yōu)化算法介紹及特點比較
  6.1  優(yōu)化算法概述
  6.2  遺傳算法
  6.3  其他優(yōu)化算法簡介
  6.4  聯(lián)合算法的應(yīng)用
  思考題與習(xí)題
第7章  單個設(shè)備優(yōu)化
  7.1  蒸汽發(fā)生器部件優(yōu)化
  7.2  反應(yīng)堆壓力容器部件優(yōu)化
  思考題與習(xí)題
第8章  核動力裝置的系統(tǒng)總體優(yōu)化
  8.1  概述
  8.2  系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)的分析和選取
  8.3  系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型
  8.4  系統(tǒng)效率計算的簡化處理
  8.5  全系統(tǒng)優(yōu)化——優(yōu)化程序和結(jié)果
  8.6  程序使用說明
  思考題與習(xí)題
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   目前，最優(yōu)化技術(shù)不僅已經(jīng)成功地應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、化工、冶金、鐵路、航空、造船、機(jī)床、汽車、自動控制、電力以及電機(jī)等工程設(shè)計領(lǐng)域，而且也應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)管理等社會科學(xué)領(lǐng)域，并且都已取得了令人矚目的成果。 由于核能動力裝置的復(fù)雜性，如何將最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于核能動力裝置設(shè)計領(lǐng)域，仍然具有一定的挑戰(zhàn)性。 3.2.1 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 關(guān)于優(yōu)化設(shè)計，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)就是最優(yōu)化方法，我們先給出一個最優(yōu)化方法的一般定義。最優(yōu)化方法是用數(shù)學(xué)的結(jié)果和計算機(jī)數(shù)值計算的方法去尋找一個最佳的方案，而不必列舉和計算所有可能的方案。這里所謂的最佳往往表現(xiàn)為一個目標(biāo)函數(shù)在滿足一定約束條件下的極大或極小。 因此，為了把最優(yōu)化方法應(yīng)用于具體的工程問題，必須定義被優(yōu)化系統(tǒng)的性能指標(biāo)和約束條件，必須選擇能夠代表優(yōu)化因素的變量，寫出表示各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)物理模型。這就是工程最優(yōu)化的建模過程。 問題的建模通常是最優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵，很大程度上來說，建模是一門藝術(shù)，需要大量的技巧，應(yīng)該在實踐和應(yīng)用中培養(yǎng)和鍛煉這門藝術(shù)。本書將結(jié)合核能動力裝置設(shè)計的實例，探討建模的詳細(xì)過程。 下面先來討論一下建模的幾個要素，首先是性能指標(biāo)。給定一個我們需要最優(yōu)化的問題，首先就要選擇一個性能指標(biāo)。例如，一艘潛艇從甲地駛往乙地，可供選擇的路線很多，航行的方式也各不相同，選什么樣的航行方案為好呢？這就是一個確定性能指標(biāo)的問題，指標(biāo)可以是耗費能量最少，或是航行時間最短；也可以要求安全性最好。更常見的則是要求某個綜合指標(biāo)最好。在某些工程應(yīng)用中，通常選擇經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，當(dāng)然這個經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有相當(dāng)多的選擇：總投資最少，年耗費最少，年凈利潤最高，耗費利潤比最低，等等。在核能動力裝置設(shè)計中，性能指標(biāo)大多是一些技術(shù)因素，如最少制造時間，最小質(zhì)量，最好機(jī)動性，最少能耗，最高精度，等等。無論選擇什么樣的性能指標(biāo)，最優(yōu)化總是指選擇的系統(tǒng)有最小或最大的性能指標(biāo)。 一般情況下，在指標(biāo)確定了之后，相應(yīng)的優(yōu)化問題就有了確定的結(jié)果。指標(biāo)不同，結(jié)果就可能不同。因此所得的優(yōu)化結(jié)果是否符合實際，是否可以采用，首先就由指標(biāo)是否選得合理來決定。有時會由于指標(biāo)選得不合理而導(dǎo)致荒唐的結(jié)果。舉個簡單的例子，在經(jīng)營一個工廠的時候，如果我們把開銷最少作為指標(biāo)，而不考慮產(chǎn)量，那么優(yōu)化的結(jié)果只能是把工廠關(guān)掉，因為只有關(guān)掉，工廠才能達(dá)到開銷的極小值，顯然這不是任何人需要的結(jié)果。 指標(biāo)的選擇方法是多種多樣的，指標(biāo)選得好壞，直接關(guān)系到所得結(jié)論是否合理可行。為了選好指標(biāo)，就需要認(rèn)真研究分析被優(yōu)化對象的特征與約束條件，往往還需要同從事被優(yōu)化對象操作使用人員合作，獲得相關(guān)的經(jīng)驗。 對于多目標(biāo)的綜合優(yōu)化問題，可以首先選擇一個指標(biāo)作為基本的指標(biāo)，而把其他指標(biāo)作為輔助指標(biāo)?；局笜?biāo)作為最優(yōu)化性能的度量，輔助指標(biāo)可以化成可接受的最大或最小限制，把它當(dāng)作問題的約束條件，或者采用不同程度加權(quán)的辦法予以處理。 性能指標(biāo)也稱為目標(biāo)，描述性能指標(biāo)的函數(shù)也稱為目標(biāo)函數(shù)。 建模的第二個關(guān)鍵因素是選擇獨立變量（或自由變量）。在選擇獨立變量時有下列幾點需要考慮。 首先，要區(qū)分變量中哪些是可以自由變化的，哪些是由外部條件決定不能自由變化的。而且要區(qū)分系統(tǒng)參量中哪些是已經(jīng)由設(shè)計固定的，哪些是受外部和不可控變量影響的。 其次，建模時應(yīng)包括所有影響系統(tǒng)的重要變量。包絡(luò)所有的獨立變量就會使模型包絡(luò)所有的可能方案，而遺漏某個獨立變量可能導(dǎo)致得到的方案是次優(yōu)解，而不是最優(yōu)解。 再次，選擇變量時應(yīng)分清主次。應(yīng)考慮所有的關(guān)鍵獨立變量，這無疑是重要的，但也不要把次要的、瑣碎的細(xì)節(jié)都考慮進(jìn)去，那樣會使自由度過多，問題過于復(fù)雜而無法求解。例如系統(tǒng)中有許多設(shè)備：壓力管道、泵、閥門、熱交換器等，我們不必考慮某些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的詳情和模型，選擇獨立變量的重要原則是只選擇那些對系統(tǒng)性能指標(biāo)影響很大的變量。但是如何確定誰的影響大誰的影響小，需要工程經(jīng)驗和初步的優(yōu)化分析相結(jié)合進(jìn)行仔細(xì)分析。

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