大型發(fā)電機定子復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)流體流動與傳熱特性的研究.pdf

1、大型發(fā)電機內(nèi)部物理場的研究是一個涉及多學(xué)科多專業(yè)的綜合問題。由于發(fā)電機定子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動以及多重物理場相互耦合，對電機內(nèi)物理場的準(zhǔn)確計算具有一定的理論難度和工程實際意義，已經(jīng)成為國際電機領(lǐng)域難題之一。 本文詳細地分析了國內(nèi)外關(guān)于電機內(nèi)電磁場、流體場、溫度場以及多耦合場研究的相關(guān)文獻，論述了本研究課題的發(fā)展?fàn)顩r，指出在以往的研究中的不足之處，明確本論文的研究目的、研究意義以及研究內(nèi)容。 基于電磁場基本理論，

2、找出發(fā)電機定子股線渦流損耗系數(shù)與股線結(jié)構(gòu)尺寸的數(shù)值關(guān)系，指出并分析了定子股線特別是異結(jié)構(gòu)股線渦流損耗沿定子徑向高度的變化規(guī)律，對定子主絕緣厚度變化而導(dǎo)致的股線寬度變化情況下的股線渦流損耗的分布特性進行研究，提出主絕緣減薄即股線結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論方法。同時建立了發(fā)電機二維渦流電磁場的求解模型，通過數(shù)值計算揭示了定子鐵耗沿徑向高度的分布規(guī)律，改變了在以往的計算中假設(shè)鐵耗在定子齒部和軛部平均的不準(zhǔn)確做法。從損耗的角度保證了定子內(nèi)部流體場以及溫度場

3、計算的準(zhǔn)確性。 提出電機內(nèi)繞流性物體的概念，采用有限體積元法對單路通風(fēng)方式下的大型發(fā)電機定子徑向通風(fēng)溝內(nèi)具有繞流性物體的不可壓縮粘性紊流流體場進行了數(shù)值計算，并對通風(fēng)溝內(nèi)有無繞流性物體的流體流動特性進行了比較，揭示了流體流速沿定子徑向以及周向的分布特性，同時對管道內(nèi)的流體流動進行了求解并將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行了比較。解決了徑向通風(fēng)溝內(nèi)散熱系數(shù)難以確定的問題。 分別采用流體場與溫度場直接耦合以及間接耦合的手段對發(fā)電機定子

4、傳熱特性進行數(shù)值研究，對徑向通風(fēng)溝內(nèi)流體流動特性變化對定子溫度場的影響進行數(shù)值分析，并且對通風(fēng)溝內(nèi)的流體流速、流體溫度、表面散熱系數(shù)以及定子溫度的空間分布規(guī)律進行了研究，明確電機定子復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)多場耦合的數(shù)值關(guān)系。根據(jù)定子采用異結(jié)構(gòu)股線的發(fā)電機溫度以及主絕緣溫降的分布特性，給出對發(fā)電機定子線棒股線進行異構(gòu)化的設(shè)計方法。 基于耦合場原理，對大型發(fā)電機定子主絕緣結(jié)構(gòu)形變下定子內(nèi)部的傳熱特性進行分析，從電磁損耗、流體流動以及傳熱等多重角

5、度證明對定子股線結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化的可行性。此外，對定子排間絕緣的導(dǎo)熱系數(shù)變化以及排間絕緣的部分結(jié)構(gòu)老化情況下定子溫度分布特性進行數(shù)值研究，明確排間絕緣對定子溫度對稱性的影響狀況。 通過本課題的研究可以使相應(yīng)的研究更加詳細和深入，不僅可以提高大型發(fā)電機物理場的計算精度，而且可以拓寬電機內(nèi)耦合場研究的范疇，同時采用科學(xué)的股線結(jié)構(gòu)和通風(fēng)結(jié)構(gòu)，在降低電機內(nèi)損耗的同時，改善大型發(fā)電機的通風(fēng)效果，可以有效地降低大型發(fā)電機的事故率，提升大型發(fā)電機