卧式蒸发冷却电机楔形气隙内流体流动和传热问题的研究

本文通过数值和实验手段研究了卧式蒸发冷却电机楔形气隙中的流体流动、传 热现象。 本文在定子套筒和转子表面光滑的假设下，针对蒸发冷却电机定子套筒壁面基 本恒温的特点，将实际蒸发冷却电机简化为同轴套筒内筒加热旋转、外简静止定温 的物理模型。通过对环形横截面内二维气隙流场的研究，说明在本文研究问题中， 旋转流对自然流具有强烈的抑制作用，从而将实际上的三维流场简化为轴对称准三 维流场进行研究。采用准三维轴对称的计算模型，对楔形气隙的流场进行了研究， 验证了高速旋转情况下，环形间隙流场中充满Taylor涡流的现象及相关规律。在 此基础上对轴向楔形气隙内轴向风量形成机理作出了解释。通过传热计算说明楔形 气隙所产生的轴向风量对转子具有一定散热能力，并且随着转速升高，轴向风量相 应增大。但随着转子发热量增大，气隙轴向风量带走热量占总热量的比例下降。转 子高热负荷条件下，该模型建模条件下由气隙楔度所产生的轴向风量对总散热能力 的贡献较小。 为了验证计算结果，设计并建立了与计算模型尺寸相同的卧式蒸发冷却电机楔 形气隙旋转实验装置。测量了楔形气隙流体出口(大间隙端口)外1厘米处空气流 速大小的分布，发现空气流速自转子(内筒)壁面处开始逐步增大，至定子(外 筒)壁面处达到最大值，随后开始减小。针对实验情况进行了相应的计算分析，验 证了实验曲线与计算曲线具有相同的变化趋势。并对实验数据与计算结果之间的误 差进行了分析。 文末针对本文工作的局限性，对后续研究工作提出了建议。