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船用蒸汽发生器多目标优化及动态性能仿真
| 论文题名： | 船用蒸汽发生器多目标优化及动态性能仿真 |
| 关键词： | 船用蒸汽发生器;核动力装置;多目标优化;冷却剂平均温度;传热管 |
| 摘要： | 核动力装置相较于常规动力具有能量密度高、无需氧气等优势，但核动力装置所占空间大，成为了制约核动力舰船发展的主要问题之一。如何合理设计，能有效降低核动力装置的尺寸，使其布局更加紧凑已经成为了体现核动力装置技术水平的重要指标。多目标优化作为一种有效手段，能够在保证蒸汽发生器输出功率不变的前提下，减小核动力装置所占舰船空间，提高舰船机动性。另外，蒸汽发生器是连接核动力系统一、二次侧的关键枢纽，其动态特性很大程度上能够直接反映整个二回路系统的性能。通过仿真研究蒸汽发生器动态特性并进行不同运行策略优化设计及对比验证，可以避免了现场试验方式的高难度、高风险。船用蒸汽发生器的自主研发设计与动态特性研究，对促进船舶核动力应用、提高我国海洋国防能力具有重大意义。 本文对船用蒸汽发生器进行热力设计，得到蒸汽发生器重量体积在内的重要结构参数，选取传热管外径、节径比、一回路冷却剂流速、一回路工作压力、一回路冷却剂进出口温度及二回路主蒸汽压力等七个优化变量，并对蒸汽发生器一回路阻力、循环倍率、传热管根数和总高度等参数进行约束，采用粒子群算法实现蒸汽发生器重量体积双目标优化。基于GSE仿真平台建立蒸汽生器动态仿真模型，包括蒸汽发生器本体、一回路冷却剂稳压器、给水系统以及反应堆功率控制模块、蒸汽发生器水位控制模块、给水母管压力控制模块、升降负荷控制模块，集成建立核动力二回路系统，分别以一回路冷却剂平均温度定温运行和变温运行两种运行策略控制，对蒸汽发生器动态特性进行研究，对比分析不同运行策略的优缺点。 通过研究结果可知:重量、体积双目标优化蒸汽发生器重量可优化30.92％，体积可优化21.69％,优化结果符合蒸汽发生器实际工作需要，但优化后蒸汽发生器循环倍率减小，不利于蒸汽发生器稳定运行。冷却剂平均温度定温运行控制方案和变温运行控制方案均能实现蒸汽发生器稳态及变工况运行，定温控制方案降负荷过程饱和蒸汽压力最高达1.28，使二回路设备运行安全性和稳定性降低;变温控制方案降负荷过程中饱和蒸汽压力最高为1.22。变温控制方案下从工况二降负荷至工况三历时缩短50s，但一、二次侧参数产生一定波动。降负荷过程中，选取的切换点所对应的负荷越高，系统降负荷耗时越短，动力系统的扰动越小，蒸汽发生器一、二次侧主要参数波动越小。 |
| 作者： | 刘凤杰 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 李彦军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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