蒸发冷却电机空心导线内气液两相流动摩擦阻力的研究

论文题目: 蒸发冷却电机空心导线内气液两相流动摩擦阻力的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电机与电器

作者: 蔡静

导师: 顾国彪

关键词: 立式蒸发冷却电机,气液两相流动,摩擦阻力,循环原理

文献来源: 中国科学院研究生院（电工研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 1999 年李家峡电站400MW 蒸发冷却水轮发电机成功运行至今,证明了蒸发冷却技术的安全、可靠,与国外设计的水内冷发电机相比,其综合性能具有明显优势。近年来,三峡公司计划逐步将国外设计的水内冷机组改为蒸发冷却机组。在这种情况下,深入研究蒸发冷却发电机的核心技术——两相流的流动和传热特性,对优化蒸发冷却电机的设计理论和制造技术具有重要意义。本文主要针对定子蒸发冷却立式电机空心导线内气液两相流动的摩擦阻力和冷却系统回液管液位不同时的循环原理进行了深入地研究。立式电机定子蒸发冷却系统属于全封闭无泵自循环方式,论文从能量的角度,结合实验数据,详细分析了冷却系统的循环原理,结果表明:上升管内流体吸收的热量的99%以上用来改变冷却介质的状态,增加其焓;提出了可以用介质的焓变估算上升管的流动阻力,和对冷凝器的设计高度进行校核;证明了当回液管为非满液位时,循环动力由两部分组成,一部分是回液管内液柱高产生的静压差,另一部分来源于循环介质具有的压头,合理解决了回液管液位较低时,循环动力的计算问题。本文用能量法进行分析计算,对原有的立式蒸发冷却电机循环原理进行了补充。改进和完善了两相流水平强迫循环实验装置及其测试系统,以F113 为冷却介质,系统研究了热负荷、出口蒸汽品质、流量、压力等因素对摩擦阻力的影响,用M-N 方程,计算出了两相流动摩擦压力降的放大倍数,并根据实验数据对摩擦因子系数C 进行了修正。结果表明,在实验流量范围m=1.33g/s4.69g/s（适用于蒸发冷却发电机）内,采用L-M 方程和M-N 方程计算得到的放大倍数适用的最佳流量为1.33g/s3.34g/s,此时,在整个蒸汽品质范围内,误差小于10%;当m=3.34g/s4.69g/s 时,蒸汽品质大于30%后,误差在10%以内,亦可以满足工业应用的需要。并绘制了不同流量下,放大倍数和出口蒸汽品质的关系曲线,便于工业应用。在压力影响研究方面,认为当运行压力<0.2MPa 时,两相流动的放大倍数均可用常压时的物性参数计算得到,超过0.2MPa 后,由于摩擦阻力减小,放大倍数迅速减小,提出以一个大气压时测量得到的放大倍数K0为基准,以（P/Pcr）x为衰减系数,即可得到不同运行压力时的放大倍数KP,即Kp=K0=（P/Pcr）x,依据理论计算结果拟合出了衰减指数的数值, 并在压力为0.2MPa<p<0.3MPa 范围内进行了实验验证,相对误差为-30%14%,可以满足工业应用的需要。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 大型电机冷却技术的主要类别及其特点

1.1.1 电机冷却的重要性

1.1.2 大型电机冷却方式的发展历程及其特点

1.1.3 大型电机的定子蒸发冷却、转子空冷技术

1.2 蒸发冷却电机的研究现状及特点

1.3 气液两相流动的研究现状

1.3.1 理论研究情况

1.3.2 实验研究状况

1.4 蒸发冷却电机定子线棒空心导线内气液两相流动的研究背景及意义

1.5 课题研究的任务、技术路线及论文内容的安排

1.5.1 研究任务和技术路线

1.5.2 论文的内容安排

1.6 论文的创新之处

参考文献

第二章 理论分析

2.1 气液两相流流动阻力的计算

2.1.1 气液两相流动摩擦阻力的计算

2.1.2 气液两相流动加速度压力降及重力压力降的计算

2.2 截面含气率的计算

2.3 气液两相流动不稳定性分析

2.4 本章小结

参考文献

第三章 实验装置及其测试系统

3.1 采用水平强迫循环模型研究竖直自然循环摩擦压降的可行性

3.2 实验装置

3.2.1 实验装置的示意图

3.2.2 测量装置

3.3 数据采集系统

3.4 蒸发冷却介质的研究

3.4.1 蒸发冷却介质的要求

3.4.2 冷却介质的发展与研究

3.4.3 新介质两相流动特性的研究

3.5 本章小结

参考文献

第四章 气液两相流动摩擦压力降的研究

4.1 实验参数的确定原则及变化范围

4.2 单相段压降研究

4.2.1 沿程阻力系数及沿程阻力

4.2.2 误差分析

4.3 气液两相流动加速度压降的研究

4.3.1 气液两相流动截面含气率的研究

4.3.2 加速度压力降的研究

4.3.3 小结

4.4 气液两相流动的摩擦压力降

4.4.1 不同模型得到的放大倍数的比较

4.4.2 两相摩擦压力降的研究

4.4.3 小结

4.5 采用压力衰减法计算不同压力下的放大倍数

4.5.1 压力对放大倍数的影响

4.5.2 采用压力衰减法计算不同压力下的放大倍数

4.5.3 研究结果在蒸发冷却汽轮发电机冷却系统中的应用

4.6 本章小结

参考文献

第五章 循环原理分析

5.1 蒸发冷却系统循环原理的能量分析

5.2 总吸热量校核

5.2.1 实验模型总吸热量校核

5.2.2 李家峡原理模型总吸热量校核

5.2.3 小结

5.3 利用能量方程求解上升管的流动阻力

5.4 利用能量方程求解循环介质可以提供的循环压头

5.5 本章小结

参考文献

第六章 运行压力对蒸发冷却电机循环系统的影响

参考文献

第七章 主要结论以及仍然存在的问题

7.1 主要结论

7.2 仍需解决的问题

附录 1 均质模型计算关系式

附录 2 截面含气率的计算模型

附录 3 图表

附录 4 放大倍数计算程序

附录 5 文中使用的符号

博士期间发表的论文

致谢

发布时间: 2005-08-23

相关论文

• [1].卧式蒸发冷却电机定子绝缘与传热系统的研究[D]. 栾茹.中国科学院研究生院（电工研究所）2004
• [2].大型水轮发电机蒸发内冷系统的基础理论研究及自循环系统的仿真计算[D]. 阮琳.中国科学院研究生院（电工研究所）2004
• [3].巨型水轮发电机故障暂态仿真及发变组保护研究[D]. 杨经超.华中科技大学2004
• [4].开关磁阻电机性能的场—路—运动耦合分析[D]. 阎秀恪.沈阳工业大学2005
• [5].交流异步电机无速度传感器矢量控制方法及其在电动汽车中的应用研究[D]. 陈桂兰.中国科学院研究生院（电工研究所）2005
• [6].基于数值分析的大型同步电机内温度场的研究[D]. 温志伟.中国科学院研究生院（电工研究所）2006
• [7].多相永磁同步电机驱动技术研究[D]. 薛山.中国科学院研究生院（电工研究所）2006
• [8].牵引变压器的优化设计及蒸发冷却技术在电磁除铁器和变压器方面的应用研究[D]. 郭卉.中国科学院研究生院（电工研究所）2005
• [9].电动汽车用异步电机系统效率优化控制研究[D]. 张立伟.中国科学院研究生院（电工研究所）2006
• [10].大型汽轮发电机转子开放管道式蒸发冷却技术基础研究[D]. 侯哲.中国科学院研究生院（电工研究所）2008

标签：立式蒸发冷却电机论文;  气液两相流动论文;  摩擦阻力论文;  循环原理论文;