空冷汽轮发电机定子内流体流动与传热的数值模拟

摘要

大型汽轮发电机在运行过程中，由于电磁及机械损耗会使电机内部产生大量热量，如果不能有效地将这些损耗所产生的热量导散出去，可能造成发电机的温升或局部温升过高，直接影响发电机的运行安全性和寿命。特别是对于大型空冷汽轮发电机，其通风冷却系统是电机安全稳定运行的重要保障。因此，对汽轮发电机通风冷却系统内流动与传热情况进行研究具有十分重要的意义。
　　本文首先根据320MW空冷汽轮汽轮发电机定子通风冷却系统特点，分别建立了电机定子通风系统内流体场模型和定子内流动与传热耦合模型，并给出了相应的数学物理描述。对额定工况下电机定子通风系统流体场模型采用CFD软件进行了数值模拟计算，得到了通风系统内详细的流动特性即压力、流速、流量分布，并在此基础上，对电机定子流体场与温度场进行了耦合求解，分别得到了通风系统和电机铁心及线棒的温度分布，并对其流动传热特性进行了详细的分析，为电机通风系统设计优化以及电机实际运行中的监测提供了参考依据。为研究电机通风系统风量分配和定转子气隙径向高度对电机内流动与传热的影响，分别对转子气隙入口与定子背部风室入口不同配风工况以及不同气隙径向高度的结构模型方案进行了数值计算，在电机通风系统风量分配优化和结构优化方面进行了初步研究，并得到了一些有益的结论。
　　通过数值模拟研究，对汽轮发电机定子通风冷却有了更加深入的认识，数值计算得到的结论为电机通风系统设计优化及运行监测提供了一些参考和建议。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 大型汽轮发电机温度场计算方法综述

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究内容

2 空冷汽轮发电机定子通风冷却系统及计算模型

2.1 空冷汽轮发电机定子通风冷却系统

2.2 定子通风系统内流体场计算模型描述

2.3 定子流体流动与传热耦合计算模型描述

2.4 CFD计算基础

2.5 本章小结

3 空冷汽轮发电机定子通风系统内流体场数值模拟

3.1 模型网格划分

3.2 基本假设及边界条件

3.3 额定工况下定子通风系统流场计算结果及分析

3.4 转子静止时电机定子通风系统流场分析

3.5 本章小结

4 空冷汽轮发电机定子内流体流动与传热耦合计算

4.1 电机温升

4.2 模型网格划分

4.3 基本假设及边界条件

4.4 额定工况下定子温度场计算结果分析

4.5 本章小结

5 冷却风量变化及定转子气隙径向高度对定子内流动与传热

5.1 风路冷却风量变化对电机定子内流动与传热影响分析

5.2 定转子气隙径向高度对电机定子内流动与传热影响分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间参与的科研项目与发表论文