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

1、大型發(fā)電機(jī)內(nèi)部物理場(chǎng)的研究是一個(gè)涉及多學(xué)科多專業(yè)的綜合問題。由于發(fā)電機(jī)定子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及多重物理場(chǎng)相互耦合，對(duì)電機(jī)內(nèi)物理場(chǎng)的準(zhǔn)確計(jì)算具有一定的理論難度和工程實(shí)際意義，已經(jīng)成為國(guó)際電機(jī)領(lǐng)域難題之一。 本文詳細(xì)地分析了國(guó)內(nèi)外關(guān)于電機(jī)內(nèi)電磁場(chǎng)、流體場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及多耦合場(chǎng)研究的相關(guān)文獻(xiàn)，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?jī)?nèi)容。 基于電磁場(chǎng)基本理論，

2、找出發(fā)電機(jī)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(duì)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(jìn)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(shí)建立了發(fā)電機(jī)二維渦流電磁場(chǎng)的求解模型，通過數(shù)值計(jì)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(jì)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(chǎng)以及溫度場(chǎng)

3、計(jì)算的準(zhǔn)確性。 提出電機(jī)內(nèi)繞流性物體的概念，采用有限體積元法對(duì)單路通風(fēng)方式下的大型發(fā)電機(jī)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(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，并對(duì)通風(fēng)溝內(nèi)有無繞流性物體的流體流動(dòng)特性進(jìn)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(shí)對(duì)管道內(nèi)的流體流動(dòng)進(jìn)行了求解并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(chǎng)與溫度場(chǎng)直接耦合以及間接耦合的手段對(duì)發(fā)電機(jī)定子

4、傳熱特性進(jìn)行數(shù)值研究，對(duì)徑向通風(fēng)溝內(nèi)流體流動(dòng)特性變化對(duì)定子溫度場(chǎng)的影響進(jìn)行數(shù)值分析，并且對(duì)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(jìn)行了研究，明確電機(jī)定子復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)多場(chǎng)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(jī)溫度以及主絕緣溫降的分布特性，給出對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒股線進(jìn)行異構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法。 基于耦合場(chǎng)原理，對(duì)大型發(fā)電機(jī)定子主絕緣結(jié)構(gòu)形變下定子內(nèi)部的傳熱特性進(jìn)行分析，從電磁損耗、流體流動(dòng)以及傳熱等多重角

5、度證明對(duì)定子股線結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的可行性。此外，對(duì)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(jìn)行數(shù)值研究，明確排間絕緣對(duì)定子溫度對(duì)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(xì)和深入，不僅可以提高大型發(fā)電機(jī)物理場(chǎng)的計(jì)算精度，而且可以拓寬電機(jī)內(nèi)耦合場(chǎng)研究的范疇，同時(shí)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(jī)內(nèi)損耗的同時(shí)，改善大型發(fā)電機(jī)的通風(fēng)效果，可以有效地降低大型發(fā)電機(jī)的事故率，提升大型發(fā)電機(jī)