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电气设备相变降温的应用基础研究

曹惠玲  
【摘要】:随着人们生活水平的日益提高,对电力的需求量越来越大,于是节能、高效成为人们不断追求的目标。为充分提高电力系统中电气设备的有效利用率,关键问题之一是降低运行温度。目前广泛使用的气冷和水冷等降温方法由于其不可克服的缺陷,阻碍和限制了电气设备向高容量、高效率方向发展。近几十年来,各国科学家都在研究和探索更有效的降温方法。其中利用冷却介质的相变降温,因其换热效率高,降温显著,发热表面温度均匀,且安全、可靠,是一种在大型电气设备上极具发展前途的冷却方式。我国蒸发冷却发电机研制已有很高水平,但由于这是一个跨学科的新领域,在理论和实践上仍有很多尚待研究和探索的问题。 本论文结合中国科学院电工所承担的国家“九五”重点科技攻关项目“李家峡400MW 蒸发冷却发电机”的研制,和河北省攻关项目“蒸发冷却变压器”的研究课题的开展,对电气设备相变降温的理论进行了探讨,提出了大型电气设备蒸发冷却的热计算方法。研究分析了400MW 发电机采用蒸发冷却的可行性,并做了部分基础性实验。各章研究内容和主要成果如下∶ 1、油冷变压器的传热研究∶在对传统油冷变压器传热分析的基础上,系统地提出了油自然循环流量、油箱和散热管内对流换热系数、油温分布及变压器绕组表面温度分布的计算方法。提出了绕组的位置对循环的影响。通过上述分析及计算方法的建立,为油冷变压器的设计及改进提供了理论依据,也为蒸发冷却变压器的研究打下了基础。 2、蒸发冷却变压器的理论研究∶通过对多种制冷剂热、电性能的比较,确定R-113 和R-30r 作为本文研究采用的冷却介质。作者首次从相变换热的机理研究出发,建立了冷却介质在自然对流、核态沸腾及临界状态下绕组热负荷与表面温度的关系,从而给出了蒸发冷却变压器传热过程的理论计算方法。 3、蒸发冷却发电机两相流计算∶蒸发冷却发电机空心导线中冷却介质的自然循环换热过程是整个发电机冷却降温的关键。作者通过对管内两相流动及换热的理论分析,系统地提出了空心导线内介质流动阻力、流动动力、循环流量、流体温度分布、不同流动状态下与导线内壁的换热方式、导线壁温分布的计算方法。完善了蒸发冷却发电机两相流换热的理论研究工作。


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