基于遗传算法的钠冷快堆堆芯流量分区优化设计方法
发布时间：2021-09-04 02:16
钠冷快堆采用封闭组件,流量分区是实现堆芯出口温度展平的重要途径。传统的流量分区优化设计方法的计算量随组件数的增加呈指数增长,不适用于解决大型问题。本文建立了流量分区设计的最优化模型,并设计了基于最优个体保存策略的遗传算法,以燃料最高温度限值和包壳温度限值为边界条件,搜索出使活性区平均出口温度最高以及活性区总流量最小的最优流量分区方案,为解决大型钠冷快堆堆芯流量分区优化设计问题提供了新的途径。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
CEFR 1/2堆芯流量分区和功率分布[12]
反复计算统计,对于CEFR流量分区问题,遗传算法计算时间与枚举法计算时间的比在0.5～1之间,对于CEFR这样规模的问题,相比传统算法,遗传算法在计算时间上没有明显优势。2.2 CFR1200堆芯流量分区设计
根据堆芯热工设计的结果,由于参数不确定性(包括输入参数中功率计算的不确定性以及制造公差、运行参数偏差、经验关系式的试验误差等)引起的燃料温度相对于名义值的均方根偏差σf为76 ℃,由于参数不确定性引起的包壳最高温度相对名义值的均方根偏差σc为16 ℃。高燃耗下快堆燃料熔点为2 630 ℃,正常运行的包壳温度限值为700 ℃[13-14]。考虑设计不确定性,燃料温度和包壳温度分别取3σ置信水平,并叠加一定的设计裕量,流量分区优化设计的边界条件确定为燃料中心温度不超过2 100 ℃和包壳中壁温度不超过630 ℃,同时以活性区平均出口温度不小于569 ℃为目标进行优化计算。使用遗传算法,每代的样本数为400,交叉概率为0.3,变异概率为0.05。从活性区流量分区数等于1开始检验,当活性区流量分区数等于8时,活性区出口平均温度为569.5 ℃,流量为2 166 kg/s,达到预定的活性区出口平均温度目标值。图3为堆芯流量分8区时的分区方案。对输入参数做敏感性分析。随机选择5%的组件(7盒),将其功率增大10%,将增加的功率按功率比例分配到其他135盒组件,保持全堆总功率不变,重复流量分区计算。结果表明,当分区数达到8时,活性区出口平均温度达到优化目标。选取的组件不同,活性区出口平均温度的变化范围不超出2 ℃,具体的分区方案可能发生变化,特别是随机选中的组件为原方案某一分区的最热或最冷组件时,变化较为明显。由此证明了分析结果的稳定性,也说明了流量分区问题本身的稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFR600堆芯热工水力设计程序初步研发[J]. 周志伟,杨红义,李淞,林超. 原子能科学技术. 2018(01)
[2]钠冷快堆棒状燃料堆芯子通道分析程序开发及验证[J]. 张松梅,张东辉. 原子能科学技术. 2018(02)
[3]快堆燃料组件内精细功率分布的计算[J]. 曹攀,喻宏,徐李,胡赟,杨晓燕,陈仪煜. 原子能科学技术. 2013(S1)
[4]中国实验快堆全堆芯流量分配计算与试验[J]. 刘一哲,薛秀丽,许义军,冯预恒,侯志峰. 核动力工程. 2012(S1)
[5]细棒稠密栅格参数优化设计[J]. 戴春辉,王丽,邰云,赵福宇. 原子能科学技术. 2012(01)
[6]MOX燃料堆芯热工特性及设计限值研究[J]. 刘一哲,喻宏,田和春. 核科学与工程. 2009(03)
[7]快堆燃料组件热工流体力学计算研究[J]. 刘一哲,喻宏. 原子能科学技术. 2008(02)
本文编号：3382352
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
CEFR 1/2堆芯流量分区和功率分布[12]
反复计算统计,对于CEFR流量分区问题,遗传算法计算时间与枚举法计算时间的比在0.5～1之间,对于CEFR这样规模的问题,相比传统算法,遗传算法在计算时间上没有明显优势。2.2 CFR1200堆芯流量分区设计
根据堆芯热工设计的结果,由于参数不确定性(包括输入参数中功率计算的不确定性以及制造公差、运行参数偏差、经验关系式的试验误差等)引起的燃料温度相对于名义值的均方根偏差σf为76 ℃,由于参数不确定性引起的包壳最高温度相对名义值的均方根偏差σc为16 ℃。高燃耗下快堆燃料熔点为2 630 ℃,正常运行的包壳温度限值为700 ℃[13-14]。考虑设计不确定性,燃料温度和包壳温度分别取3σ置信水平,并叠加一定的设计裕量,流量分区优化设计的边界条件确定为燃料中心温度不超过2 100 ℃和包壳中壁温度不超过630 ℃,同时以活性区平均出口温度不小于569 ℃为目标进行优化计算。使用遗传算法,每代的样本数为400,交叉概率为0.3,变异概率为0.05。从活性区流量分区数等于1开始检验,当活性区流量分区数等于8时,活性区出口平均温度为569.5 ℃,流量为2 166 kg/s,达到预定的活性区出口平均温度目标值。图3为堆芯流量分8区时的分区方案。对输入参数做敏感性分析。随机选择5%的组件(7盒),将其功率增大10%,将增加的功率按功率比例分配到其他135盒组件,保持全堆总功率不变,重复流量分区计算。结果表明,当分区数达到8时,活性区出口平均温度达到优化目标。选取的组件不同,活性区出口平均温度的变化范围不超出2 ℃,具体的分区方案可能发生变化,特别是随机选中的组件为原方案某一分区的最热或最冷组件时,变化较为明显。由此证明了分析结果的稳定性,也说明了流量分区问题本身的稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFR600堆芯热工水力设计程序初步研发[J]. 周志伟,杨红义,李淞,林超. 原子能科学技术. 2018(01)
[2]钠冷快堆棒状燃料堆芯子通道分析程序开发及验证[J]. 张松梅,张东辉. 原子能科学技术. 2018(02)
[3]快堆燃料组件内精细功率分布的计算[J]. 曹攀,喻宏,徐李,胡赟,杨晓燕,陈仪煜. 原子能科学技术. 2013(S1)
[4]中国实验快堆全堆芯流量分配计算与试验[J]. 刘一哲,薛秀丽,许义军,冯预恒,侯志峰. 核动力工程. 2012(S1)
[5]细棒稠密栅格参数优化设计[J]. 戴春辉,王丽,邰云,赵福宇. 原子能科学技术. 2012(01)
[6]MOX燃料堆芯热工特性及设计限值研究[J]. 刘一哲,喻宏,田和春. 核科学与工程. 2009(03)
[7]快堆燃料组件热工流体力学计算研究[J]. 刘一哲,喻宏. 原子能科学技术. 2008(02)
本文编号：3382352
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