非能动安全壳冷却系统空气混合对流换热试验研究

为论证大型非能动核电厂空气导流板优化方案的可行性,搭建了安全壳冷却能力验证试验台架(COCOVET)。本文选取COCOVET空气冷却试验工况,采用粒子图像测速(PIV)手段将非能动安全壳冷却系统(PCS)环腔的空气流动可视化,通过对比试验数据和程序模拟结果,研究PCS环腔空气强迫对流和自然对流并存的混合对流换热现象,论证导流板优化方案可行性。研究结果表明:PCS环腔下降段空气到达导流板尾部区域后,大部分空气折流180°进入上升段,沿导流板向上流动,少量空气沿冷却面继续向下流动。在无导流板区域,加热面传热方式以偏自然对流类型为主,加热面热流密度沿高度方向基本不变。在有导流板区域,PCS环腔上升段存在明显的入口效应,加热面热流密度呈现迅速增加后降低的趋势。安全壳安全分析程序计算值和试验值符合良好,适用于模拟空气混合对流换热过程。研究结果验证了大型非能动核电厂导流板优化方案可行性,也丰富了空气混合对流换热研究内容。

采用阶段更新策略加强结构进化的换热网络优化

针对换热网络优化中因种群多样性受限引起的易陷入局部最优解的问题,提出了采用阶段更新策略的强制进化随机游走算法。通过阶段性地随机生成最大步长和允许生成的最小换热量对种群个体更新,充分利用改进后整型变量的阶段性变化和个体进化过程中差解的复杂性增强结构进化能力,加大新结构与原始结构的差异性,保持种群活力和多样性,提高算法的全局搜索能力。并用算例验证了该策略加强结构进化能力的有效性,及换热网络优化中跳出局部最优解的优越性。

垂直非结构模型应用于换热网络优化

节点非结构模型优化换热网络时会出现换热器交叉排列的情况,分析发现在相同传热负荷下交叉结构比垂直结构换热单元总传热面积增大,同时明显降低算法的计算效率.基于此,建立垂直非结构模型.与节点非结构模型相比,垂直非结构模型降低了优化过程中的计算复杂度,并且能够消除交叉结构带来的不利影响,有效提升了优化的效率及求解精度.应用两个算例对基于垂直非结构模型的强制进化随机游走算法(RWCE)进行优化性能分析,取得了优于文献的结果.

采用关联进化策略的RWCE算法应用于换热网络优化

换热单元之间的耦合关系导致其在优化过程中相互制约,造成强制进化随机游走算法应用于换热网络时后期优化停滞。因此,提出一种关联进化策略实现换热单元间的联动进化。首先对换热网络中换热单元的关联关系进行了分析,评估了这种关联关系对进化算法的制约及效率的影响;在此基础上,建立了关联换热单元的联动进化机制,克服了优化过程中的关联制约,提升了进化的效率。最后,将采用单元关联进化策略的算法应用于15SP、16SP2算例,分别得到了年综合费用(TAC)为1513253和6849252$/a的结果,其中15SP算例的TAC较文献最优结果下降了5715$/a,验证了改进后的算法能有效地提高搜索质量。

基于控制参数动态协调策略的换热网络优化研究

换热网络全局最优化一直是系统集成领域的难点。强制进化随机游走算法在优化过程中,对于不同实例、不同初始条件、不同随机条件和不同优化阶段,无法预知最优的控制参数组合。因此,建立控制参数的动态协调策略,周期性地随机更新种群中个体的优化参数,同时保护周期内的有效参数组合,从而实现每个个体优化路径的动态调整,拓宽其搜索方向,寻得最佳参数匹配路线,提升全局优化质量。最后,将改进后算法应用于两个工业算例,所得的年综合费用较原算法结果分别下降了0.49%和0.05%,且均低于公开文献最优结果,表明控制参数的动态协调策略能够更有效地促进原算法的全局搜索。

保护有效结构的整型/连续变量分离优化策略改进RWCE算法

强制进化随机游走算法优化换热网络时,连续变量进化阶段产生年综合费用更低的结构会被整型变量进化操作所破坏,导致连续变量进化后形成的结构未能充分发挥优势,制约了连续变量进化。本文提出保护有效结构的整型/连续变量分离优化策略,将连续变量进化与整型变量进化两个阶段的结构费用分别进行判断,从而保护具有发展潜力的结构,使年综合费用进一步降低。通过算例研究,取得优于文献的结果,并有效提升了算法计算精度,验证了策略的有效性。

基于控制参数动态协调策略的换热网络优化研究

换热网络全局最优化一直是系统集成领域的难点。强制进化随机游走算法在优化过程中,对于不同实例、不同初始条件、不同随机条件和不同优化阶段,无法预知最优的控制参数组合。因此,建立控制参数的动态协调策略,周期性地随机更新种群中个体的优化参数,同时保护周期内的有效参数组合,从而实现每个个体优化路径的动态调整,拓宽其搜索方向,寻得最佳参数匹配路线,提升全局优化质量。最后,将改进后算法应用于两个工业算例,所得的年综合费用较原算法结果分别下降了0.49%和0.05%,且均低于公开文献最优结果,表明控制参数的动态协调策略能够更有效地促进原算法的全局搜索。