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船用二回路凝给水系统设备优化与动态仿真
| 论文题名： | 船用二回路凝给水系统设备优化与动态仿真 |
| 关键词： | 船用核动力系统;凝给水系统;多目标优化;动态仿真 |
| 摘要： | 舰船上空间十分有限，对于船用核动力系统设备提出了重量轻、体积小的要求，且舰船核动力装置运行时负荷变化剧烈且变化幅度较大，要求船用核动力系统响应快速且稳定性高。而凝给水系统作为核动力二回路系统内重要的水系统，其容积惯性、热惯性对于整个船用核动力二回路系统的响应特性十分重要。因此，利用最优化技术开展凝给水系统内主要设备重量和体积的多目标优化研究，同时通过仿真手段研究凝给水系统的动态特性具有十分重要的理论和现实意义。 本文以船用核动力二回路凝给水系统为研究对象，基于系统内各设备工作原理，对主冷凝器和除氧器进行了热力设计;利用Python语言编制主冷凝器和除氧器的评价程序，同时完成了评价模型的可靠性验证，并结合粒子群算法分别实现了主冷凝器、除氧器的重量和体积的双目标优化设计。优化结果表明:与母型相比，双目标优化中主冷凝器的重量、体积分别减少了28.72％和38.64％;除氧器的重量和体积分别减少了14.08％、21.44％。优化结果从理论的角度证明了船用主冷凝器和除氧器优化的可行性，同时为今后的优化指明了方向。 依据优化后设备搭建并调试船用核动力二回路系统的仿真模型，同时完成系统高、低负荷工况的稳态校验。进行自流冷却条件下凝给水系统的升、降负荷动态特性仿真研究，对主冷凝器热力性能和主汽轮机功率受海水温度和冷却水流量的影响进行分析;研究了高速工况自流冷却条件和强制冷却条件下海水温度变化对二回路凝给水系统性能的影响。仿真结果表明:自流冷却条件下凝给水系统升负荷稳定时间为1600s，降负荷稳定时间为1400s，变负荷工况下凝给水系统的追踪能力较好;自流冷却条件下保持主汽轮机功率不变，海水温度升高，主冷凝器压力升高，主汽轮机的耗汽量增加;海水温度降低时，主冷凝器压力降低，主汽轮机的耗汽量减小。强制冷却条件下，随着冷却水进口温度的不断提升，循环冷却水泵所需补充的冷却水流量也不断增加;且冷却水初始进口温度越高，所需提供的补充冷却水流量也越多。循环冷却水温度由22℃升高至24℃时，循环冷却水泵所需提供的冷却水流量为10.65％;温度由22℃升高至26℃时，循环冷却水泵所需提供的冷却水流量相较于升高至24℃增加了12.67％。仿真结果为二回路系统的实际运行指导、控制系统的优化及循环水泵最佳运行方案的制定提供了一定的理论依据。 |
| 作者： | 付媛 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 李彦军;王建志 |
| 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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