压水反应堆由于其技术相对成熟、安全可靠性高、运行性能良好,成为船舶核动力的最主要堆型。在保持推进功率不变的前提下,如能减小核动力系统的重量和尺寸,则可以改善船员生活条件,或提高船舶有效载荷。可见,在设备、系统设计要求得到保障的前提下,在设计阶段考虑核动力系统重量、体积和其他关键指标的优化设计,不仅具有理论意义,更具有工程实用价值。此外,由于核动力系统自身的复杂性、参数之间的强耦合性以及各种优化目标之间的非线性关系,如仅开展单目标优化设计,则可能使得该设计指标达到最优时,其他指标反而变差,甚至影响到核动力系统的综合性能。因此,有必要开展针对核动力系统多目标优化设计方法的研究。另外,为了考察核动力系统优化设计方案的可用性,有必要对优化方案进行设计瞬态事故的模拟分析,以确定是否满足设计准则要求。为此,本文引入“非支配解”概念,建立了针对核动力装置多目标参数优化的一种新方法,并进行了实例分析;同时,利用国际公认的轻水堆最佳瞬态分析程序RELAP5,研究了核动力装置优化方案在某些典型设计基准事故下的响应行为。具体研究内容如下:1、基于克隆免疫算法的高频变异策略和复合形算法的深度搜索策略,对第二代非支配解排序算法进行了适当改进;通过对比四个测试函数的非支配解质量,结果表明:从非支配解的收敛性、连续性、均匀性和宽广性这四个标准综合度量,改进第二代非支配解排序算法性能优于第二代非支配解排序算法、距离算法和免疫记忆克隆约束多目标优化算法,该算法可高效解决多目标约束优化问题。2、通过改进第二代非支配解排序算法,基于已有设备数学模型,实现了以重量最小和一次侧流量最小为目标的蒸汽发生器多目标优化设计;以重量最小和体积最小的反应堆一回路系统、全系统的多目标优化设计,并获得各自非支配解前沿面。研究结果表明:对于蒸汽发生器,堆芯冷却剂进口温度是影响其非支配解分布的关键参数,通过优化,可使得其重量和一次侧流量分别最大减少16.5%和17.0%;对于一回路系统,堆芯冷却剂进口温度是影响其非支配解分布的关键参数,通过优化,可使得其重量和体积分别最大减少9.8%和11.4%;对于全系统,蒸汽发生器二次侧压力是影响其非支配解分布的关键参数,通过优化,可使得其重量和体积分别最大减少10.4%和23.63%。3、基于RELAP5系统分析程序,分别建立了母型和其优化方案的一回路系统模型,并获得各自稳态工况点;利用母型参数对RELAP5仿真结果进行了验证。结果表明:RELAP5模型主要参数的计算误差在1.21%之内,具有较高精度。4、基于所获得的母型和优化方案的RELAP5稳态工况,分别开展了两种方案在主给水丧失事故、全厂断电事故和小破口事故下的仿真研究。结果表明:上述三种事故中,优化方案主要参数的变化规律与母型基本一致,其堆芯安全能够得到保障;在主给水丧失与全厂断电事故中,分析了蒸汽发生器辅助给水流量大小对事故进程的影响,在所研究的优化方案中,单台蒸汽发生器辅助给水流量应不得小于10.5kg/s;在等效直径为100mm的冷段小破口事故中,优化方案停堆及高压安注动作较母型早,更有利于堆芯安全。