核动力设备为核动力装置的主要组成部分，通过对核动力设备的参数进行优化设计，可以实现设备性能指标（重量，体积等）的最优化。本文基于数学最优化理论，通过自主设计开发计算程序，开展了对核动力设备的优化设计，具体内容包括：1、针对核动力设备优化设计问题的特点，以群体进化算法中性能优异的差分进化算法为基础，提出了改进策略，开发了一系列改进算法：1）针对现有约束处理方法的不足，提出了自适应归一化约束处理法。2）对差分进化算法从控制参数自适应调整以及与局部优化算法结合两方面进行改进，提出了SADENM混合优化算法，并采用基准测试函数对所开发算法的性能进行数值实验，实验结果表明SADENM算法在收敛速度、求解精度等方面都优于参与比较的其他算法。3）将SADENM算法升级为多目标约束优化算法，以适应核动力设备多目标优化问题的需要。2、以汽轮机为例，探讨所开发的算法对核动力设备优化设计的适应性。首先编制开发了汽轮机的设备评价程序，并对其进行了有效性验证。在保证汽轮机外部参数不变的情况下，选取部分内部参数作为优化变量，结合本文开发的SADENM算法对汽轮机重量，体积以及效率进行了单目标优化设计以及多目标优化设计。3、针对现有优化算法与设备评价程序耦合进行优化设计运行时间长的缺点，研究了近似模型在核动力设备优化设计中的应用方法。在本文开发的SADENM算法基础上，开发了基于在线更新近似模型的SADENM算法，并以汽轮机重量优化为例，说明该算法在收敛速度上的优越性。以自然循环蒸汽发生器的体积优化为例，研究了利用设备评价程序的全局近似模型进行优化设计的可行性，结果表明该方法在保证优化结果准确性的同时，可大幅减少优化所需时间。