新型核反應堆的性能最佳化

《新型核反應堆的性能最佳化》是依託西安交通大學，由趙福宇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型核反應堆的性能最佳化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙福宇
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

改變傳統方法的細棒稠密柵格核反應堆，有適合於核動力裝置的特點和套用前景，國內外已關注這一動向。本研究利用最最佳化和最優控制的方法，研究這種堆芯的柵格參數，不同濃度燃料和可燃毒物的布置方式；對機動性能力提出了定量指標，並對具有給定自然循環能力和機動性能力要求的問題，歸結為逆問題來研究，提出了研究解決這一問題的新思路。這些基本問題的研究，有望使核反應堆達到功率密度高、體積小、噪音低（流量小）和機動性高的優越特性。本研究把柵格參數問題歸結為多目標最最佳化問題，利用兩級最佳化方法，先求單目標最佳化問題，再利用協調算法，求得多目標問題的最優解。把不同濃度燃料和可燃毒物布置問題，利用最優控制理論中的極大值原理，歸結為Bang-Bang控制問題，求得堆芯的最優布置。把自然循環能力對堆芯推動力的要求，機動性對時間常數的要求，分別描述為逆問題，求得給定這兩種能力的堆芯參數。

結題摘要

研究目標為具有最佳化性能的新型核反應堆的堆芯參數。首先，分析細棒稠密柵格堆芯的特點，以功率密度、冷卻劑進出口溫差、流體引起的振動為目標，利用帶精英策略的非支配排序遺傳算法進行多目標最佳化計算，得到堆芯柵格參數的Pareto最優解集；提出堆芯機動性能的要求，並根據這一要求對Pareto最優解集進行驗證；在分析柵格參數對堆芯性能敏感性的基礎上，選擇出最終關於堆芯稠密柵格的最佳化解，與ABV-6M和CPWR640堆的對比說明細棒稠密柵格具有體積小，流量低，主參數先進，機動性能好等綜合性能的優勢。其次，將最優柵格參數所對應的冷卻劑狀態參數作為計算工況，對直流蒸汽發生器進行最佳化，採用遺傳算法，以內螺旋管螺距和套管中心距為設計變數，直流蒸汽發生器運行中功耗最低為目標函式進行最佳化計算，得到了適用於稠密柵格堆芯的直流蒸汽發生器的最優結構；然後提出自然循環和強迫循環的切換功率，利用疊代計算出在滿足直流蒸汽發生器穩定性的前提下能夠實現自然循環的最低位差。最後利用逆向求解擴散方程的方法對燃料裝載進行最佳化，以堆芯最低比裝料為目標求得最優燃料分布；在此基礎上利用極大值原理，以堆芯徑向功率峰值因子最小為目標，對可燃毒物的分布進行最佳化計算，最終得到燃料和可燃毒物的最優布置。