转子通风结构对永磁电机转子流体场和温度场的影响

为降低实心转子永磁电机转子温升,以一台全空冷315kW、6kV实心转子永磁电机为例,建立了该电机转子无通风沟的三维全域流体与固体耦合传热数学模型,给出了计算区域边界与假设条件,采用有限体积法求解三维流体与固体耦合传热数学方程组,得到了转子体的温度分布,与实验数据对比验证了计算方法的准确性.由于转子无通风结构,转子体的温度较高.为了降低转子温度,提出了在电机转子上开轴径向通风沟的多种结构方案,研究了转子径向通风沟数量与位置对转子内温度分布及空气运动的影响.结果表明:在转子上开轴径向通风沟能够有效降低转子温度,为实心转子永磁电机通风系统设计提供了理论依据.     

空冷水轮发电机定子冷却结构设计与分析

为改善空冷水轮发电机的通风冷却效果,研究了电机定子冷却结构的设计与性能分析方法。以一台250 MW空冷水轮发电机为例,考虑定子绕组换位、槽钢、槽楔形状和各通风沟间的相互影响等因素,构建了定子流固耦合的物理模型和数学模型;采用数值法计算了每根股线的损耗;基于流体传热理论和定子温升特点,通过改变电机内定子铁心和通风沟的结构尺寸,提出了3种定子冷却结构;对比不同结构下求解区域内流体场和温度场,给出了电机定子最优的冷却结构。最后,通过实验对建模的准确性和方法的可行性进行验证,结果表明,相比通风沟轴向长度,铁心段轴向长度对定子槽内绕组温升影响更大,合理调整电机定子通风沟和铁心段的数量和轴向长度,可有效降低槽内换位绕组的最高温度。     

基于旋转弱耦合与强耦合计算方法的大型汽轮发电机转子流体场与温度场研究

针对大型空冷汽轮发电机转子旋转状态下,转子内部流体流量和转子线圈温度难以准确测量的问题,对转子内部流体流动规律和温度分布进行了流体场和温度场研究.以一台100MW空冷汽轮发电机为例,建立了三维流体与传热耦合计算模型.基于旋转弱耦合与旋转强耦合两种有限元计算方法,对该发电机的转子进行流体场和温度场计算.弱耦合计算方法主要根据流体流动的伯努利方程与计算流体力学相关方程联合求解,强耦合计算方法主要通过计算旋转流体力学方程求解.研究了转子额定励磁电流,转速3 000r/min时,转子内部通风道流体温度与转子绕组温度的相互关系.并将两种计算方法对同一转子的流体流量和线圈温升结果做了对比分析,最后将两种计算方法所得的转子线圈温度计算结果与试验实测结果对比.结果表明:弱耦合计算方法与实测值误差为4.6%,强耦合计算方法与实测值误差为2.6%,两种计算方法均能满足工程计算的误差要求,旋转强耦合计算方法计算精度高于旋转弱耦合计算方法.     

管壁导热对管内流动流体热边界条件的影响

对层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热进行了计算,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对内管壁处流体热边界条件均匀性的影响。研究结果表明,在管外壁均匀加热（或冷却）的情况下,管壁导热也使得内管壁处流体的热边界条件出现明显的不均匀性。影响这种不均匀性的主要因素是Ｐｅｃｌｅｔ数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对热长度及管壁相对厚度等无量纲参数。为了改善管内壁处流体的热边界条     

大功率牵引电机随负载变化的热场分析

为了获得牵引电机温升最高点随负载变化的规律,研究大功率牵引电机随负载变化的温度场。根据电机实际运行情况,考虑转子通风孔部分堵塞以及集肤效应对转子电阻的影响,建立采用轴向通风系统的具有校正转子电阻下的大功率牵引电机热模型。利用Simulink提供的模块构造仿真模型计算电机在负载变化时各重要部件的损耗,模拟电机各重要部件温升随负载的变化,分析计算温升最高值及位置点。仿真计算结果表明:电机转子的温度始终高于定子的温度,在定子区域,定子绕组温度高于定子铁芯温度。当转子通风孔出现阻塞时,电机各重要部件的温升明显升高,符合大功率牵引电机随负载变化的热场实际情况。     

环形流道内周向流对摩擦因子的修正公式

针对屏蔽电动机定转子环形流道内转子转动对其摩擦因子的影响作定量分析.搭建缩尺实验台,实验分析了不同转子转速下定转子间的压力分布规律.实验结果表明:转速的升高会引起压降增大,间隙环流的摩擦因子需要在经验公式上进行修正,分析拟合数据得到了修正系数与切向、轴向雷诺数比值的映射关系,从而推导出了环形流道内考虑周向流动下摩擦因子的修正公式.为了验证该公式的准确性与普遍性,利用计算流体动力学(CFD)软件对缩尺实验台与主泵屏蔽电动机定转子间的流场分别进行仿真,对比数值仿真与该修正公式所求得的摩擦因子,结果表明偏差在合理范围内.     

多个转子的管道中黏性不可压缩流体的流动分析

研究了一类流固耦合问题,即带有多个转子的管道中不可压缩流体的流动问题。为了处理流体刚体之间的边界困难,将转子近似为黏性足够大的流体,从而把流固耦合问题转化为流体问题并得到近似解,然后通过黏性和运动方程确定出刚体的位置,从而将刚体与流体区域分开,最终得到该问题全局弱解的存在性。     

定容燃烧弹内流体介质的初始温度场分布

基于Fluent软件对加热状态下圆柱形定容燃烧弹内的初始温度场进行模拟,并与实验值进行对比,结果验证了模拟结果的准确性.模拟结果表明,在加热状态下,弹内流体介质温度呈现沿重力方向先下降后上升的变化趋势,且随着弹内温度升高,弹内流体介质温度场不均匀性增大.加热带电压分别为90 V、120 V和150 V时,该定容燃烧弹初始温度认定的误差最大可达25 K、40 K和60 K,流体介质在沿重力方向上的最大温差分别达14 K、23 K和35 K,弹内流体呈现沿两侧玻璃内表面向下流动至容弹底部中间区域交汇的趋势.同时,模拟结果也表明,在定容弹外壁均布热源以及对玻璃视窗进行加热有利于改善定容弹内流体介质温度场的不均匀性.     

剪切式均质机(泵)内流体流场的理论研究

运用数学理论分析了剪切式均质机空腔内流体的流动 ,根据Navier Stokes方程、能量及动量方程 ,对流动过程中定、转子间产生的周向流流场和定、转子开口槽内产生的径向流流场进行了分析 ,探讨了其对流体均质的影响 ,为剪切式均质机的进一步研究和设计提供了理论依据 .     

双水内冷调相机转子线圈强励温升数值模拟

为分析某双水内冷调相机转子线圈的强励能力,采用计算流体力学软件Fluent,对调相机转子线圈在强励工况下的瞬态温度场进行三维数值模拟。按照实际尺寸建立了转子线圈的三维物理模型,通过网格划分和控制方程的耦合求解,获得了转子线圈强励工况下铜温及水温的瞬态分布,同时将三维数值模拟结果与一维近似计算结果进行比较,指出了传统一维近似计算方法的缺陷。结果表明,三维数值模拟计算方法具有更高的计算精度。研究成果对双水内冷调相机转子线圈瞬态温升的理论计算及其温升裕度的设计具有重要的指导意义。     

永磁同步电动机电磁场计算中定转子空间相对位置确定的研究

采用通用有限元软件对永磁同步电动机电磁场分析时,存在着电动机定、转子轴线相对位置未知的问题,而确定这个相对位置是任意负载下磁场计算的前提.本文通过研究电动机电磁量之间的关系找到特定内功率因数角下气隙合成电势和内功率角的特征.提出一种相当于逆问题分析的处理方法,在不同定子电流初相位下进行计算,搜寻对应于特定内功率因数角磁场分布,从而求得定转子空间的初始相对位置.     

高速电主轴定转子的气隙变化及影响因素

气隙是电主轴重要的结构参数,不仅直接影响定转子间磁密度分布,而且对定转子之间的对流换热和电主轴温升也有着重要的影响.基于弹性力学理论,分析离心力和热膨胀引起的电主轴定转子径向位移以及由此引起的电主轴定转子气隙变化,对IBAG HF170.4A 20型高速电主轴进行实际计算.结果表明:温升是造成气隙变化的主要因素,而离心力的影响较小;降低转子温升能有效控制气隙变化;电主轴在运行过程中气隙变化量较大,因此为使电主轴设计和计算预测更加合理、更加接近实际,必须考虑电主轴气隙变化的影响.     

电力变压器铁芯温度场的数值模拟研究

变压器铁芯温度场是比较典型的流体-构件耦合场.本文系统论述了这种耦合场的数值模拟方法,对铁芯工作磁密、油道尺寸、油流速度、进油温度等影响铁芯温升的因素进行了分析计算.试验结果表明,适当提高工作磁密、合理设计油道尺寸、综合考虑油道设置、尽量采用较高油流速度和较低进油油温对提高变压器运行效益、降低铁芯温升是有实际意义的.     

双馈水轮发电机风摩损耗数值研究

根据双馈水轮发电机结构特点和通风特性,以计算流体力学为基础,建立通风道流体场模型,应用有限体积法对电机内流体流动特性进行数值求解,并对电机内风摩损耗进行计算,进而实现了电机内机械损耗的分离计算.通过与实验数据的对比分析,验证了其计算结果的准确性.对电机内风摩损耗的敏感性因素进行了分析.采用有限体积法进行求解,得出电机风摩损耗,结合轴承摩擦损耗经验公式计算得出电机的机械损耗,以此机械损耗与实验数据比较验证了结果的正确性.进而分析了电机转速、通风道内壁面表面粗糙度以及通风槽钢长度和尺寸等因素对电机风摩损耗的影响.     

新安江电厂6号机转子温升过高处理研究

本文对新安江电厂6号机组增容改造后转子温升过高的原因进行了分析,并根据实际情况从改善通风系统和磁极线圈散热方面进行了重新设计安装。试验结果表明,新安江电厂6号机的转子温升过高得到了大幅降低。     

基于电压源复数有限元的单相感应电动机性能计算

为提高单相感应电动机设计计算的准确性,并兼顾设计计算时间,将磁场方程和单相感应电动机的定转子电路方程相耦合,导出了电压源驱动的复数有限元模型,并将其与等效电路相结合,应用于单相感应电动机计算机辅助设计,采用电压源复数有限元法模拟空载实验和短路实验以准确计算等效电路参数,用等效电路计算感应电动机的性能.对实际电机进行性能计算和试验,计算结果与试验结果吻合较好.     

水轮发电机定子三维温度场数值模拟

为提高对水轮发电机定子温升计算的精确性,依据传统设计公式及流体相似理论确定径向通风沟表面散热系数,综合考虑通风系统特殊性和电机发热计算,采用Ansysll软件进行有限元分析,得出计算定子温度场的简化模型.通过加载计算所得边界条件,对灯泡贯流式水轮发电机的定子三维温度场进行数值模拟,计算出额定工况下定子温度场的稳态结果.同时采用等效热阻网络法进行计算.将两者计算出的结果与实验数据进行对比,有限元法的计算结果明显比传统方法计算结果更加精确.     

大转动惯量负载用感应电机转子起动温升分析

大转动惯量负载用感应电动机是发电厂用于拖动风扇磨煤机旋转的专用感应电动机。由于风扇磨煤机的转动惯量大,使得拖动其旋转的电动机具有转动惯量大、起动电流大、起动时间长等特点,导致该种电动机起动过程的转子发热问题尤为突出。为了提高大转动惯量负载用感应电动机的起动可靠性,以一台国内最大容量的大转动惯量负载用感应电动机为研究对象,采用分点计算与曲线拟合的方法,建立了起动过程中转子铁耗、铜耗以及转子表面散热系数随转速变化的计算模型,利用有限元法对其起动过程中转子部件的损耗和温升进行了计算与分析。结果表明,该电动机的起动时间长达48s,在起动过程中转子铁耗、铜耗以及表面散热系数均随转速而变化,起动完成后转子最高温升达到141.1K。     

不同通风条件下办公室火灾时温度场研究

为得到较为真实的火灾时某钢结构办公室的空气温升曲线,利用FDS(Fire Dynamics Simulation)软件进行数值模拟,研究了通风条件的改变对其温度场的影响,最终得到最危险时室内空气的温升曲线.结果表明:通风口可以加速火灾发展,室内热释放速率增大、温度增高.当房间门窗打开时,室内温度达到最大值,为最危险情况,在此情况下模拟得到的空气温升曲线与标准温升曲线ISO834有较大差异.为更加真实反映室内温度分布,将房间进行区域划分,得到了不同区域的温升曲线.     

管壁导热对管内流动流体热边界条件的影响

对层流管内受迫流动热入口段内流体与管壁间耦合传热进行了计算 ,研究了试件几何尺寸、试件与流体物性参数及流体流动状态对内管壁处流体热边界条件均匀性的影响。研究结果表明 ,即使在管外壁均匀加热 (或冷却 )的情况下 ,管壁导热也使得内管壁处流体的热边界条件出现明显的不均匀性。影响这种不均匀性的主要因素是Peclet数、管壁材料的相对导热系数、实验段相对加热长度及管壁相对厚度等无量纲参数。为了改善管内壁处流体的热边界条件以提高对流换热实验结果的精度和可靠性 ,在保证管外壁加热 (或冷却 )均匀性的前提下 ,一定要尽可能采用足够长的薄壁管做对流换热实验的加热段。此外 ,试件的材料与拟采用的加热方式有关。恒壁温加热时要选用导热系数大的材料 ,而恒热流加热时 (如外绕加热丝加热或管壁直接通电加热 )则应选用导热系数较小的材料