提高核动力装置热效率是核工程领域一直追求的目标。如能在提高热效率的同时,达到减小核动力装置尺寸和重量,则不仅可以提高经济性,而且可以降低大型设备的制造、运输和布置等方面的难度。因此,开展以核动力装置热效率、重量及体积为优化目标的多目标实例优化设计研究具有重要的意义。以此为背景,本文构建了一种评价—优化耦合模型,实现了核动力装置的多目标实例优化设计。通过将优化程序模块与核动力全系统数学模型相耦合,基于C#语言开发了计算程序。其中,全系统数学模型包括核动力装置热效率计算模型、重量及体积评价模型。本文的主要研究内容和研究结果如下:1、新型优化计算算法的研究。多目标优化问题对优化算法的优化性能提出更高的要求,为了获得具有优良性能的优化算法,本文将改进遗传算法及改进复合形算法的计算策略移植到人工蜂群优化算法中,提出一种新型混合人工蜂群算法。其中利用改进遗传算法来保证人工蜂群算法的种群多样性,并利用改进复合形算法在最好解可能存在的区域实现局部快速搜索(小区域深度挖掘)。采用新型混合人工蜂群算法对5个无约束测试函数及8个约束测试函数开展的数值实验表明,对于无约束测试问题,新型混合人工蜂群算法的搜索性能优于其它对比算法,对于约束测试问题,新型混合人工蜂群算法在对比算法中属于优化性能最好的算法之一。因此,新型混合人工蜂群算法有助于解决核动力装置的多目标实例优化问题。2、给水加热器、汽水分离再热器设备模型研究及其多目标优化实例分析。鉴于回热、再热加热器对核动力装置热效率具有较大影响,而该类设备又属于大型设备,其重量、体积较大,因此在核动力装置多目标实例优化设计中,需首先研究给水加热器、汽水分离再热器的多目标实例优化设计。本文建立了可靠的给水加热器、汽水分离再热器物理过程的数学模型,并利用C#语言编写了相应的评价程序。结合优化程序模块,分别实现了对给水加热器、汽水分离再热器结构参数的多目标优化实例研究,其优化目标是在保证功能性前提下,降低给水加热器、汽水分离再热器的重量、减小其体积。优化结果分别给出了给水加热器、汽水分离再热器多目标最优决策方案。优化结果显示,在满足所给定的结构及性能约束的条件下,给水加热器、汽水分离再热器的净重量和体积均有较大的优化空间。通过对给水加热器、汽水分离再热器进行参数分析,一方面定性验证了设备模型的正确性和可用性,另一方面也对最优决策方案的合理性给出了依据。3、轴封式、屏蔽式主冷却剂泵设备模型研究及其多目标优化实例分析。主冷却剂泵作为核动力装置的主要设备之一,属于大型设备,而在已开展的核动力系统优化设计研究中,并未考虑主冷却剂泵的重量、体积。为了实现核动力装置多目标实例优化设计,有必要首先研究主冷却剂泵的多目标实例优化设计。本文实现了轴封式主冷却剂泵的尺寸估算,建立了轴封式冷却剂泵的优化问题。利用所建立的估算方法及优化计算程序,实现对轴封式主冷却剂泵决策变量的多目标实例优化计算,优化目标是减轻轴封式主冷却剂泵的重量、减小其体积。同时,鉴于屏蔽式主冷却剂泵也是核动力主冷却剂泵常用泵型之一,也给出了屏蔽式主冷却剂泵的多目标最优决策方案。结果显示,轴封式主冷却剂泵及屏蔽式主冷却剂泵的重量减轻量、体积减少量均比较显著。4、核动力装置全系统多目标实例优化设计研究。全系统的多目标实例优化设计的目的在于改善装置热经济性、减轻全系统重量、降低全系统体积。全系统数学模型的主要框架是将热效率计算模型与全系统尺寸估算模型相结合。其中,热效率计算模型是依据等效热降理论确定的,一种计算各级抽汽量的矩阵分析方法。此外,尺寸估算模型结合了本文所开发的回热、再热设备、主冷却剂泵数学模型,及其它已建立的设备数学模型,包括反应堆堆芯、蒸汽发生器、稳压器、反应堆冷却剂管道、反应堆压力容器、冷凝器、汽轮机,同时充分考虑了各设备之间的耦合关系。经优化计算,核动力装置全系统多目标最优决策方案的热效率提高近1.8%,重量减轻2.3%,体积减小6%。