大型空冷汽轮发电机内流体流动与传热耦合计算

论文摘要

大型汽轮发电机是电力系统中的重要单元,而空冷汽轮发电机则以冷却系统简单,起动、运行、维护方便的优势,受到人们的欢迎。随着汽轮发电机单机容量不断增加,热负荷也相应提高,直接影响电机的使用寿命和运行的可靠性,因此对于汽轮发电机的发热和冷却问题的研究显得日益重要,对发电机的安全运行具有重要指导意义。本文以一台采用多风路通风系统的200MW空冷汽轮发电机为例,为了获得汽轮发电机温度的准确分布,从流体力学理论出发,采用耦合传热的方法对定子的流体场和温度场进行计算。首先,本文结合通风冷却系统结构建立电机端部区域三维流体场求解域模型,采用有限体积法对流体场控制方程进行求解,计算得到空冷汽轮发电机端部区域各风路流量;然后,基于电磁场理论对空冷汽轮发电机的电磁损耗进行了计算与分析,进而得到电机额定运行时定子各部分损耗;其次,根据空冷汽轮发电机多风路通风系统内流体流动与传热的特点建立定子径向通风沟三维流动与传热耦合计算求解域模型,给出基本假设与耦合场边界条件,用有限体积法对流体场与温度场控制方程进行耦合求解,得到各个定子径向通风沟内的流体速度与温度,并对电机各部分温度进行分析;最后,将耦合场计算结果与实测结果进行比较,并分析了不同气隙入口冷却流量对定子耦合场的影响,得出了一些有益的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的来源及主要研究内容
• 第2章 空冷汽轮发电机内流体流动与传热计算的基本理论
• 2.1 计算流体力学概述
• 2.1.1 计算流体力学的形成及发展
• 2.1.2 计算流体力学的特征及优势
• 2.2 电机内流体流动控制方程
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 能量守恒方程
• 2.2.4 湍流的基本方程
• 2.3 通用控制方程的离散
• 2.3.1 控制方程常用的离散化方法
• 2.3.2 控制方程的离散格式
• 2.4 管道内流体流动数值模拟
• 2.5 数值传热学理论
• 2.5.1 空冷汽轮发电机内流动与传热概述
• 2.5.2 三维温度场的微分方程
• 2.6 电机内流体流动与传热耦合求解方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 空冷汽轮发电机定子内流体场数值分析
• 3.1 大型空冷汽轮发电机通风冷却系统特点
• 3.2 空冷汽轮发电机多风路通风系统端部区域流场数值分析
• 3.2.1 端部区域三维流场求解域模型与区域离散
• 3.2.2 基本假设和边界条件
• 3.2.3 端部三维流场的计算结果与分析
• 3.3 空冷汽轮发电机多风路通风系统内流场计算与分析
• 3.3.1 定子径向通风沟内三维流场模型与区域离散
• 3.3.2 基本假设和边界条件
• 3.3.3 定子通风沟三维流场计算与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 大型空冷汽轮发电机定子流体流动与传热耦合计算
• 4.1 损耗的确定
• 4.1.1 基本铜耗的确定
• 4.1.2 绕组涡流损耗的确定
• 4.1.3 铁耗的确定
• 4.1.4 损耗分布
• 4.2 大型空冷汽轮发电机定子流体场与温度场耦合计算
• 4.2.1 定子流体场与温度场耦合求解的数学模型
• 4.2.2 耦合场求解域物理模型及其离散
• 4.2.3 基本假设与耦合场求解域计算边界条件
• 4.2.4 流体场与温度场耦合计算结果分析
• 4.3 气隙入口流量对耦合场的影响分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢