灯泡贯流式水轮发电机通风冷却系统的数值计算及模拟

摘要

随着水电事业的快速发展，特别是低水头水力资源的大力开发，大型灯泡贯流式水轮发电机得到了迅速的发展。随着单机容量的增大，电机的电磁负荷和热负荷也随之提高，其发热和冷却问题的研究显得日益重要，它将直接影响水轮发电机的使用寿命和运行可靠性。大型灯泡贯流式水轮发电机，由于布置以及结构的特殊性和复杂性，通风冷却困难，加上转子旋转的作用，使得气体在定、转子之间的流动形态变得非常复杂，对它的发热和冷却计算的研究，将有助于机组通风冷却系统的设计与运行。 灯泡贯流式水轮发电机的温度场的分布取决于冷却介质和电磁损耗的分布。为了能够获得灯泡贯流式水轮发电机的温度分布与通风系统的流体流动规律，本文从流体力学理论出发对灯泡贯流式水轮发电机内的旋转流体场进行计算，然后采用耦合传热的方式对定子的流体场和温度场进行计算。 通过对灯泡贯流式水轮发电机通风系统的分析，确定了旋转流体场计算区域，采用混合网格对计算区域进行离散。结合冷却介质的特性，给出了流体场计算的基本假设和边界条件。采用有限体积法对计算区域进行迭代计算，以及对转子不同入口风速条件下的流体场进行计算，最终得到流场的分布。 此外，根据灯泡贯流式水轮发电机定子的结构特点，确定了定子三维流体场和温度场的计算区域，采用混合网格对模型进行离散'，并建立了三维流体场和温度场耦合传热的数学模型。通过对定子冷却的分析，采用有限体积法对计算区域进行求解并得到了的流体场和温度场分布，将计算得到的温升值与实测值进行比较，证明该方法的正确性。在热源一定的情况下，计算并分析了冷却风量对定子温度场的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题来源及名称

1.2课题研究的目的及意义

1.3国内、外研究现状

1.4本论文的工作

2灯泡贯流式水轮发电机内部流体场和温度场计算的基本理论

2.1水轮发电机的通风冷却方式

2.2灯泡贯流式水轮发电机的损耗

2.2.1内部损耗

2.2.2损耗的分布

2.3计算流体力学理论

2.3.1计算流体力学理论

2.3.2灯泡贯流式水轮发电机内流体与流动的基本特征

2.3.3计算流体力学控制方程

2.3.4流体计算的边界条件

2.3.5基于有限体积法的控制方程求解过程

2.4数值传热理论

2.4.1灯泡贯流式水轮发电机内流动与传热概述

2.4.2灯泡贯流式水轮发电机内传热的控制方程

2.4.3传热的边界条件

2.4.4控制方程耦合求解过程

3灯泡贯流式水轮发电机转子流体场计算及分析

3.1转子流体场计算的数学模型

3.2转子流体场的计算区域

3.3划分网格

3.4边界条件

3.5结果分析

3.6流体场对温度场的影响

4基于耦合场理论灯泡贯流式水轮发电机定子流体场和温度场数值计算

4.1定子流体场和温度场耦合计算的数学模型

4.2散热系数的确定

4.3耦合计算的基本假设和边界条件

4.4定子流体场和温度场的计算与分析

5结论与展望

5.1结论

5.2下一步工作设想

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢