水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)散熱系統(tǒng)多場耦合的數(shù)值分析

李偉力，宋厚彬,,楊逢瑜

(1.哈爾濱理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080;2.蘭州理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)散熱系統(tǒng)多場耦合的數(shù)值分析

李偉力1，宋厚彬1,2,楊逢瑜2

(1.哈爾濱理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150080;2.蘭州理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

為研究燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子的溫度變化和通風(fēng)系統(tǒng)的流體流動規(guī)律，以保持水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部良好的散熱效果，在建立型號為SFWG24-88/7820燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子和通風(fēng)系統(tǒng)的三維模型基礎(chǔ)上，采用熱電耦合原理，根據(jù)定子的特點(diǎn)，做相應(yīng)的假設(shè)，建立計(jì)算定子溫度場的三維計(jì)算域，對定子的溫度場進(jìn)行直接耦合仿真計(jì)算，然后應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)模擬了燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)溝的流場，并和實(shí)際運(yùn)行中真機(jī)實(shí)驗(yàn)所測得定子溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，最終驗(yàn)證運(yùn)用耦合場分析方法的正確性。研究表明在合理的簡化條件下，采用數(shù)值模擬能準(zhǔn)確的模擬燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子的溫度變化規(guī)律以及通風(fēng)系統(tǒng)流場及散熱情況，對于燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)與定子之間因多場耦合產(chǎn)生的熱效應(yīng)所引起的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。

水輪發(fā)電機(jī);通風(fēng)冷卻結(jié)構(gòu);發(fā)電機(jī)定子;多場耦合;數(shù)值模擬

0 引 言

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組因其效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)在大中型水輪發(fā)電機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)的溫度場分布取決于以對流換熱方式相耦合的通風(fēng)系統(tǒng)和各部件溫度場所構(gòu)成的綜合場效應(yīng)。熱量的來源包括以下幾個方面:1)定子繞組的損耗；2)轉(zhuǎn)子繞組的損耗；3)鐵心損耗；4)風(fēng)損耗和摩擦損耗；5)導(dǎo)軸承損耗；6)推力軸承損耗(僅計(jì)分?jǐn)偨o水輪發(fā)電機(jī)部分的損耗值)；7)其他損耗。燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)的最大問題就是如何解決內(nèi)部溫升，在工程實(shí)踐中常用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，但缺點(diǎn)是計(jì)算量大，參數(shù)繁多，效率低下。近年來，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行數(shù)值仿真研究取得了一定的成果[1-5]，但大部分研究工作仍停留在將流場、溫度場和電磁場孤立起來進(jìn)行分析的階段。

本文基于計(jì)算流體力學(xué)和耦合場分析原理，利用計(jì)算機(jī)分別對發(fā)電機(jī)定子的溫度場和通風(fēng)溝的流場進(jìn)行耦合計(jì)算，和所測實(shí)際運(yùn)行中水輪發(fā)電機(jī)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，并對現(xiàn)有通風(fēng)結(jié)構(gòu)及定子升溫等問題進(jìn)行了分析。對于研究水輪發(fā)電機(jī)冷卻葉片系統(tǒng)散熱效率最優(yōu)的新型葉片結(jié)構(gòu)及新型冷卻通道的設(shè)計(jì)，以及機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[6-8]。

1 燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)模型假設(shè)

為了實(shí)現(xiàn)對水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行熱-電-流多場耦合分析，通過建立三維模型對其進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算。SFWG24-88/7820型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)建立軸向通風(fēng)結(jié)構(gòu)模型，詳見圖1。

圖1 軸向通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.1 The schematic of axial ventilation system

通常，電機(jī)內(nèi)定子軸向(徑向)通風(fēng)溝內(nèi)流體的流動狀態(tài)處于紊流狀態(tài)，要確定通風(fēng)溝內(nèi)風(fēng)速場的分布及沿程阻力的大小是很困難的。為了避免這種情況的出現(xiàn)，本文將流場和溫度場耦合求解，采用直接耦合法進(jìn)行流場和溫度場耦合仿真分析。

發(fā)電機(jī)定子溫度場計(jì)算中設(shè)定的邊界條件如下：

1)根據(jù)結(jié)構(gòu)和通風(fēng)系統(tǒng)的對稱性，認(rèn)為該模型中所有組成實(shí)體的軸向兩側(cè)對稱面均為絕熱面;

2)假設(shè)冷卻空氣溫度從定子端部通風(fēng)溝沿軸向呈線性變化;

3)在定子與水面的接觸面處，給定水流溫度為22?C，流速為1.5 m/s。

在本研究中氣體流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲速，密度變化是很小的，故可以將氣體看作不可壓縮流體，這與水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)流動情況是相符的。

2 多場耦合計(jì)算方法

2.1 定子熱—電耦合數(shù)值計(jì)算模型

型號為SFWG24-88/7820的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量24MW，具體參數(shù)見表1。

表1 燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)參數(shù)Tab.1 Bulb turbine parameters

燈炮貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子的熱源僅來源于鐵心和繞組的各種損耗，而與轉(zhuǎn)子和機(jī)械部件的損耗無關(guān)，因此定子的溫度場的準(zhǔn)確計(jì)算，對于水輪發(fā)電機(jī)的散熱至關(guān)重要。

2.1.1 定子模型的建立

該水輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫循環(huán)的軸向通風(fēng)冷卻方式。流經(jīng)定子的氣流在定子風(fēng)溝中沿軸向方向流動。為研究問題需要，做如下假設(shè)：(1)風(fēng)路和溫度分布基本是沿圓周方向?qū)ΨQ，而且各個物理場周期性分布，為了提高計(jì)算速度和減少工作量，只需要建立圓周方向二分之一通風(fēng)溝即可作為計(jì)算域，來模擬整個定子通風(fēng)溝的溫度及流場變化；(2)定子通風(fēng)溝中的繞組支架和絕緣材料為絕緣體；(3)忽略線圈棒槽部銅與端部銅之間的熱交換。

由于該水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)溝無論軸向還是徑向，以及圓周方向都具有對稱性，且通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)機(jī)座壁外壁弦長與鐵心內(nèi)圓弦長的比值相差不大，因此可以將定子求解域簡化為一長方形結(jié)構(gòu)。由此建立的定子模型網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 定子求解域模型網(wǎng)格圖Fig.2 Solution domain model mesh of stator ventilation

2.1.2 有限元溫度場計(jì)算方法

本文采用有限元法對大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子三維溫度場進(jìn)行分析與計(jì)算。電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部的三維熱傳導(dǎo)方程為

式中:T為溫度;Kx,Ky,Kz分別為x,y,z方向的導(dǎo)熱系數(shù)(W/cm?C);q為熱源密度(W/cm3)。

通過離散化處理，可將上述三維溫度場的條件變分問題等效為線性方程進(jìn)行求解[9-10]。

2.1.3 熱源及散熱系數(shù)的確定

在定子溫度場分析中，通過對各部分熱源(電樞繞組的銅耗、定子鐵心的鐵耗等)以及與各熱源相關(guān)的實(shí)體體積的計(jì)算，可獲得溫度場數(shù)值分析中各部分的熱源密度。

根據(jù)電機(jī)發(fā)熱與冷卻的相關(guān)知識，當(dāng)已知定子齒部和槽楔處氣隙的風(fēng)速vt時(shí)，定子齒部和槽楔表面的散熱系數(shù)為

已知定子槽絕緣側(cè)的風(fēng)速vc時(shí)，則槽中絕緣側(cè)的散熱系數(shù)為

已知端部的風(fēng)速vce時(shí)，定子繞組端部的散熱系數(shù)為

忽略端部結(jié)構(gòu)件從定子上攜出的熱量，即將定子和定子支架的軸向端面等效看成徑向通風(fēng)溝，則已知端面風(fēng)速ve時(shí)，定子和定子支架端面的散熱系數(shù)為[11-13]

定子支架側(cè)面和空氣接觸，設(shè)給定空氣流速v為2.5 m/s，則其表面散熱系數(shù)為

式中：λh為空氣熱導(dǎo)率;L為空氣沿平面壁的流動距離;Re,Pr為分別為雷偌數(shù)和普朗特?cái)?shù)。

2.1.4 模擬結(jié)果及分析

通過對定子熱電耦合仿真計(jì)算，得到定子的溫度和電壓分布如圖3所示。

圖3 定子參量變化Fig.3 Stator parameter changes

從圖3(a)中可看出定子的溫度在繞組處最高，最高值為326 K，溫度最低值為300 K，溫度的最低點(diǎn)在定子軛與機(jī)座壁相接處。定子溫度值整體上梯度變化比較大，從定子下游端向上游端呈逐級上升趨勢；從圖3(b)中可以看出，只有繞組上有電壓存在，這符合水輪發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況，且在云圖上繞組處的電壓都是一樣，這表明了水輪發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，水輪發(fā)電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出電壓保持恒定。

2.2 通風(fēng)散熱系統(tǒng)數(shù)值模擬

該水輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫循環(huán)的軸向通風(fēng)冷卻方式。在磁軛外緣有風(fēng)道，冷卻氣體在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動下，冷空氣從上、下兩端進(jìn)入軸向風(fēng)道，然后經(jīng)線圈的孔或槽，經(jīng)機(jī)壁環(huán)板通風(fēng)孔，到冷卻器與冷卻水進(jìn)行熱交換，散去熱量后，經(jīng)風(fēng)機(jī)壓入轉(zhuǎn)子支架，然后在離心力的作用下，從極靴的出風(fēng)孔流出，構(gòu)成密閉強(qiáng)迫通風(fēng)系統(tǒng)。另外，定子鐵心和定子機(jī)座為貼壁結(jié)構(gòu)，將定子內(nèi)產(chǎn)生的損耗熱量通過燈泡體直接傳遞到河道的水中，可以有效減少通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的負(fù)荷。冷卻系統(tǒng)的單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量17 300～20 300m3/h，總共6臺，風(fēng)機(jī)全壓1 220～1 970 Pa，根據(jù)溫度高低確定冷卻系統(tǒng)風(fēng)機(jī)開關(guān)數(shù)量，溫度低的不開或少開，溫度稍高開3臺，溫度過高時(shí)開6臺。

2.2.1 數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析

水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為簡化計(jì)算，作如下假設(shè)：1)所要模擬的是發(fā)電機(jī)通風(fēng)溝中空氣流動情況，以定子處通風(fēng)溝為研究對象；2)發(fā)電機(jī)中的線圈對流場的變化影響不大，先不作考慮；3)水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)溝圓形，為簡化數(shù)值模擬的計(jì)算量，只需建一定角度的通風(fēng)溝即可，模型兩側(cè)壁面做對稱邊界處理即可。

在三維造型軟件Pro/e中繪制模型，然后導(dǎo)入ANSYS網(wǎng)格劃分軟件ICEM中，采用適應(yīng)性很強(qiáng)的混合網(wǎng)格進(jìn)行整體劃分，并進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性檢查。

根據(jù)流體力學(xué)理論，電機(jī)內(nèi)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的流動氣體可看作是不可壓縮流體，其產(chǎn)生的粘性流動為不可壓粘性流動，其連續(xù)性方程和Navier-Stokes方程式為

式中：v為速度；f為質(zhì)量力；p為壓強(qiáng)；為流體的運(yùn)動粘度；ρ為流體的密度。由于電機(jī)內(nèi)的流體是充分發(fā)展了的紊流，因此，流速v可分解為平均流速v和脈動速度v′。本文采用k?ε紊流數(shù)學(xué)模型分析流體場，忽略電機(jī)內(nèi)流體的浮力和重力的影響，經(jīng)推導(dǎo)得出紊流計(jì)算模型為

2.2.2 數(shù)值方法

入口處采用速度進(jìn)口邊界條件，即已知通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)風(fēng)面積和給定通風(fēng)量的情況下，給定進(jìn)風(fēng)速度；在出口處采用自然出流(out fl ow)邊界條件，兩側(cè)壁面定義為對稱邊界條件。采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，為了在保證計(jì)算精確度的前提下盡可能節(jié)省計(jì)算時(shí)間，對流項(xiàng)的離散采用一階迎風(fēng)格式，耗散項(xiàng)采用中心差分格式，設(shè)定收斂精確度為10?5；壓強(qiáng)-速度方程的迭代求解采用SIMPLE算法[15]。

2.2.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

圖4和圖5是定子通風(fēng)結(jié)構(gòu)各參量的流場分布情況。

圖4 壓力分布(單位：pa)Fig.4 Pressure distribution(unit:pa)

圖5 速度云圖(單位：m2/s)Fig.5 Velocity distribution(unit:m2/s)

由圖4和圖5可看出，由于采用空氣冷卻，因此，流體對于通風(fēng)結(jié)構(gòu)的壓力較小，同時(shí)，通風(fēng)結(jié)構(gòu)對定子通風(fēng)溝的空氣流速影響不大。這樣，在設(shè)計(jì)水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)結(jié)構(gòu)時(shí)，就可以忽略冷卻空氣和定子結(jié)構(gòu)之間的影響。

以流體進(jìn)入軸向通風(fēng)溝入口處的溫度作為參考溫度，計(jì)算得到模型的溫度分布和沿徑向方向的溫度變化如圖6所示。

圖6 溫度分布(單位：K)Fig.6 Temperature distribution(unit:K)

由圖6溫度分布云圖可以看出沿發(fā)電機(jī)徑向的溫度變化規(guī)律，溫度最高區(qū)域分別出現(xiàn)在線棒周圍和靠近定子鐵心的位置，這是因?yàn)樵谒啺l(fā)電機(jī)中的主要發(fā)熱部件是線棒和鐵心，這兩大部件的耗損產(chǎn)生了大量的熱量。結(jié)合通風(fēng)溝內(nèi)流體的溫度云圖和沿徑向溫度變化可以看出從鐵心沿徑向方向向外溫度是逐漸減小的，這是由于水輪發(fā)電機(jī)在工作時(shí)線圈切割磁感線，產(chǎn)生電流，然后電流經(jīng)過繞組時(shí)繞組的電阻使得繞組成了一個發(fā)熱體，而繞組又是在絕緣的包裹后固定于槽中，因此繞組所產(chǎn)生的熱量必須全部經(jīng)由絕緣散出。而絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般非常小，所以在絕緣處出現(xiàn)較大的溫度梯度。

通風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)值模擬從場的角度出發(fā)，運(yùn)用流體力學(xué)和傳熱學(xué)理論對電機(jī)內(nèi)的冷卻流體進(jìn)行計(jì)算分析，可以得到求解區(qū)域內(nèi)任何位置的流體參數(shù)，為水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部流體場和溫度場更為精確計(jì)算開辟了新的途徑，對于采用耦合計(jì)算的方式預(yù)測定子的流場和溫度場具有重要意義。

2.3 耦合計(jì)算結(jié)果與測試結(jié)果對比分析

通過對本研究的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子溫度的測定，(圖7為4號機(jī)組發(fā)電機(jī)正反測溫電阻分布，面向上游側(cè))，得出定子各處數(shù)據(jù)與ANSYS耦合計(jì)算的數(shù)據(jù)對比見表2。

圖7 4號機(jī)組發(fā)電機(jī)正反測溫電阻分布示意圖Fig.7 The unit distribution diagram of positive and negative RTD in NO.4

說明：Z標(biāo)示為監(jiān)控溫度量，#標(biāo)示為制動柜溫度量

表2 定子溫度場的實(shí)測值與模擬值Tab.2 Temperature value fi eld of the measured and simulated in stator

通過多場耦合方法數(shù)值模擬與實(shí)際測量的溫度值對比，平均誤差為2.78%，小于3%，說明采用熱—電—流來進(jìn)行燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子的耦合數(shù)值模擬方法是可行的，結(jié)果是可信的。本研究的計(jì)算結(jié)果對于軸流式通風(fēng)結(jié)構(gòu)的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)散熱情況的改進(jìn)具有一定指導(dǎo)意義。

3 結(jié) 論

1)在水輪發(fā)電機(jī)的內(nèi)部，熱量是多場綜合影響的，通過對定子從熱電耦合方面進(jìn)行了仿真計(jì)算和與實(shí)測數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)在合理簡化模型時(shí)，在線棒和靠近鐵心的位置溫度最高，符合實(shí)際情況，該方法對于計(jì)算定子溫度場是準(zhǔn)確的，且三維溫度場能夠直觀地反映定子的溫度變化。

2)應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)理論對水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬及整個通風(fēng)系統(tǒng)流線可以看出流動流暢，且和線圈及齒槽的充分接觸，增大了散熱面積，但在繞組處由于進(jìn)風(fēng)方向和線棒表面垂直，以及圓柱繞流現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低了通風(fēng)冷卻的效果。

[1]付敏.大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度場計(jì)算[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué),1996.

[2]S.K.Chowdhury,S.Chowdhury,S.P.Chowdhury,S.K.Pal.Performance prediction of single phase induction motors using fi eld and thermal odels[C]//The Fifth International Conference on Power Electronics and Drive Systems,PEDS 2003,2003,456-461.

[3]Y.Guo,J.G.Zhu,W.Wu.Thermal analysis of soft magnetic composite motors using a hybrid model with distributed heat sources[J].IEEE Transactions on Magnetics,2005,41(6):2124-2128.

[4]路義萍,鄭國麗,豐帆,等.大型空冷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子多種通風(fēng)方案比較[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2010,14(8):24-30.

LU Yiping,ZHENG Guoli,FENG Fan,et al.Comparison of various ventilation proposals for a largeair-cooled turbogenerator rotor[J].Electric Machines and Control,2010,14(8)：24-30.

[5]朱殿華,郭偉,張雪,等.水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)散熱系統(tǒng)的耦合仿真與參數(shù)分析[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2009(4):176-180.

ZHU Dianhua,GUO Wei,ZHANG Xue,et al.Study on simulation of fl uid-solid thermal coupled fi elds for the ventilation and heat rejection system of hydrogenerator[J].Journal of Hydroelectric Engineering,2009(4):176-180.

[6]趙勇.風(fēng)扇/壓氣機(jī)非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算和進(jìn)氣畸變影響預(yù)測方法研究[D].南京:南京航空航天大學(xué)，2008.

[7]Han J C,Huh M.Recent Studies in Turbine Blade Internal Cooling[J].Heat Transfer Research.2010,41(8):803-828.

[8]胡玄.燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)散熱系統(tǒng)數(shù)值模擬[D].天津:天津大學(xué),2007.

[9]李建秀.燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算及模擬[D].西華大學(xué)，2008.

[10]韓力,李耀,馬輝,等.大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)與溫升[J].大電機(jī)技術(shù),2000(5):1-4.

HAN Li,LI Yao,MA Hui,et al.Research of ventilation and temperature-rise for the large fl ow-bulb hydrogenerator[J].Large Electric Machine and Hydraulic Turbine,2000(5):1-4.

[11]熊斌.大型水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部流體場和溫度場的數(shù)值計(jì)算[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué)，2006.

[12]夏海霞，李桃，姚纓英，等.燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)及定子溫度場[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)[J],2008,23(7):9-13.

XIA Haixia,LI Tao,YAO Yingying,et al.Ventilation and stator temperature fi eld of bulb tubular turbine generator[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2008,23(7):9-13.

[13]B.Zalba,J.M.S.T.Marn,L.F.Cabeza,H.Mehling.Review on thermal energy storage with phase change:materials,heat transfer analysis and applications[J].Applied Thermal Engineering,2003,23(3):251-283.

[14]H.E.Merrit.Theory of self-excited machine tool chatter[J].ASME Trans.Journal of Engineering for Industry,1965,87:447-454.

[15]安蔚瑾,許紅靜,郭偉,等.水輪發(fā)電機(jī)定子三維溫度場數(shù)值模擬[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2008,41(8):967-971.

AN Weijin,XU Hongjing,GUO Wei，et al.Numerical simulation of three-dimensional temperature fi eld for stator of hydro-generator[J].Journal of Tianjin University,2008,41(8):967-971.

(編輯：劉素菊)

Numerical of the tubular turbine hydroelectric generator ventilation system multi- fi eld coupling

LI Wei-li1,SONG Hou-bin1,2,YANG Feng-yu2
(1.School of Electrical and Electronic Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080，China;2.School of Energy and Power Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China)

In order to study the fl uid fl ow pattern of light bulb tubular turbine stator temperature and ventilation system to keep the turbine generator internal cooling effect in the establishment of a SFWG24-88/7820 bulb tubular type water wheel three-dimensional model of the generator stator and the ventilation system on the basis of the principle of thermoelectric coupling,according to the characteristics of the stator,the corresponding assumptions are given,and three-dimensional computational domain of calculating the stator temperature fi eld is established,and computational fl uid dynamics technology is applied to simulate fl ow fi eld of the light bulb tubular Hydro-generating machine ventilation groove.The temperature fi eld of the stator direct coupling of simulation and the actual operation of the central plains machine experiment measured stator temperature data were compared,and fi nal veri fi cation of the correctness of the use of coupled fi eld analysis method was given.Studies show that in the simpli fi ed conditions,the use of numerical simulation accuratly simulates bulb tubular turbine generator stator temperature variation as well as the ventilation system fl uid fl ow and heat dissipation for the light bulb tubular turbine ventilation system;the structural design and optimization caused by the thermal effects due to the multi- fi eld coupling between the stator has an important reference value.

turbine generators;ventilation cooling structure;hydroelectric stator;multi- field coupling;numerical simulation

TH 311

A

1007–449X(2013)10–0085–06

2012–08–28

甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(1208RJZA293)

李偉力(1962—),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)榇笮碗姍C(jī)綜合物理場和特種電機(jī)理論;

宋厚彬(1975—),男,博士研究生,高級工程師,研究方向?yàn)殡姍C(jī)內(nèi)綜合物理場;

楊逢瑜(1948—),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橐簤杭夹g(shù)。

宋厚彬