的 到的通風(fēng)溝表面散熱系數(shù)即為大型電機額定運行時通風(fēng)溝表面散熱系數(shù)。
[0116] 本發(fā)明所述的求解方法是為了解決現(xiàn)有大型電機在進行溫度場計算時，需要準確 確定大型電機定轉(zhuǎn)子表面散熱系數(shù)大小的問題。本發(fā)明基于流體相似理論和牛頓放熱定 律，根據(jù)解析方法與二維瞬態(tài)電磁場與三維穩(wěn)態(tài)溫度場相結(jié)合的數(shù)值計算方法，在計算出 大型電機定轉(zhuǎn)子通風(fēng)溝初始散熱系數(shù)情況下，通過一系列數(shù)學(xué)迭代方法，求解出大型電機 溫度場分布情況，并與實測溫度值進行比較，最終得到滿足工程要求精度的散熱系數(shù)。該方 法有收斂速度快，計算量小的顯著優(yōu)勢。為確定定轉(zhuǎn)子通風(fēng)溝散熱系數(shù)分布的求解方法，提 供了新的科學(xué)思路。
[0117] 為了更清楚地說明本發(fā)明，以大型汽輪發(fā)電機定子徑向通風(fēng)溝表面散熱系數(shù)計算 為例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0118] 步驟1，根據(jù)大型電機的實際結(jié)構(gòu)和尺寸，建立了大型電機的二維瞬態(tài)電磁場求解 模型（數(shù)值計算模型），二維瞬態(tài)電磁場數(shù)值計算模型包括：定子鐵心1，定子線圈2,定子 槽楔3,氣隙4,轉(zhuǎn)子槽楔5,勵磁繞組6,副槽7,轉(zhuǎn)子鐵心8,阻尼繞組9以及包含計算模型 的空氣域。
[0119] 根據(jù)二維瞬態(tài)電磁場中各個部件的實際尺寸及對計算量和計算時間的考慮，確定 了各個部件關(guān)鍵剖分區(qū)域以及最小劃分網(wǎng)格尺寸后，對整個二維瞬態(tài)電磁場計算模型進行 了網(wǎng)格劃分。
[0120] 通過對瞬態(tài)電磁場數(shù)學(xué)方程（1-1)-(1-9)的求解，確定了定子繞組銅損、鐵心部 分的渦流損耗、大型電機存在的定子表面損耗及各部分的附加損耗等各部分的損耗值；
[0122] 式中：σ為電導(dǎo)率（S/m) ; μ為磁導(dǎo)率（H/m) ;t為時間（s) Jz為軸向上的電密分 量；Az為矢量磁位（Wb/m)，只有z軸分量。
[0123] 1三相定子繞組中基本銅損采用如下公式計算：
[0125] 其中Λ為定子相電流，1?(75)為75°時定子每相電阻。
[0126] 2額定負載情況下轉(zhuǎn)子勵磁線圈損耗采用如下公式計算：
[0127] 當(dāng)采用有刷勵磁時：
[0128] 當(dāng)采用無刷勵磁時：
[0129] 其中，IfN為負載勵磁電流，R2(75)為75°時每對極繞組電阻，Tl f為勵磁機的效率。
[0130] 3轉(zhuǎn)子磁場高次諧波在定子表面產(chǎn)生的損耗采用如下公式計算：
[0132] 式中，
為轉(zhuǎn)子磁場高次諧波在定子表面產(chǎn)生損耗的計算系數(shù)， AWci為空載額定電壓時每極的總磁動勢，Κδ為總的氣隙系數(shù)，δ是氣隙實際長度，D1為定子 鐵心內(nèi)徑，P為電機極對數(shù)，P為電阻率，Z1為定子槽數(shù)。
[0133] 4轉(zhuǎn)子齒諧波在定子表面產(chǎn)生的損耗采用如下公式計算：
[0135] 其中，
為轉(zhuǎn)子齒諧波在定子表面產(chǎn)生損耗的計算系數(shù)，為定子齒 部質(zhì)量，2為轉(zhuǎn)子槽分度數(shù)。
[0136] 5轉(zhuǎn)子齒諧波在定子齒中產(chǎn)生的脈動損耗采用如下公式計算：
[0138] 其中：
為轉(zhuǎn)子齒諧波在定子齒中產(chǎn)生的脈動損耗的計算系數(shù)。
[0139] 6定子磁場高次諧波在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生的損耗采用如下公式計算：
[0141] 其中，I2為轉(zhuǎn)子本體長，S i為鐵心外圓面積，
[0142] 7定子齒諧波在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生的損耗采用如下公式計算：
[0144] 其中，
為定子齒諧波在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生的損耗的計算系數(shù)，h 為定子齒距，
[0145] 8電機內(nèi)部產(chǎn)生的基本鐵損采用如下公式計算：
[0146] PFe= P h+Pc= k hfB2+kc (fB)2 (1-9)
[0147] 單位鐵心損耗；p h為單位磁滯損耗；p。為單位禍流損耗；k h為磁滯損耗系數(shù)； k。為渦流損耗系數(shù)；f為電機運行頻率；B為正弦磁密幅值。
[0148] 步驟2,對大型電機定轉(zhuǎn)子直線段部分建立三維穩(wěn)態(tài)溫度場數(shù)值計算模型，該計算 模型以定子計算模型部分為例，定子計算模型部分包含了定子鐵心1，定子線圈2,定子槽 楔3,氣隙4,定子徑向通風(fēng)溝10。根據(jù)定子上軸徑向通風(fēng)溝的實際尺寸、位置及數(shù)量，確定 了各個通風(fēng)溝所有邊上的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)后對三維電機直線段定子表面散熱系數(shù)的計算模型 進行網(wǎng)格剖分，；
[0149] 所述步驟2中計算電機定轉(zhuǎn)子直線段部分三維穩(wěn)態(tài)溫度場數(shù)學(xué)模型如下：
[0151] 式中，T為求解域內(nèi)溫度；λχ、Ay、λζ分別為 x、y、z方向的導(dǎo)熱系數(shù)；q為熱源的 發(fā)熱密度；α為S2表面散熱系數(shù)；S i、S2分別為發(fā)熱體的邊界面，T f為環(huán)境溫度，T S 1面 上給定溫度。
[0152] 步驟3,根據(jù)流體相似理論及牛頓放熱定律計算得到通風(fēng)溝初始表面散熱系數(shù)。
[0153] 根據(jù)流體相似理論得到流體呈紊流狀態(tài)下定子徑向通風(fēng)溝內(nèi)流體滿足的相似準 則方程：
[0155] 式中，Re為流體的雷諾系數(shù)；υ為徑向通風(fēng)溝內(nèi)流體的流速（m/s) ;v為流體的 粘度系數(shù)（s/m2) ;d為徑向通風(fēng)溝等效直徑（m) ;Nu為努謝爾數(shù)；λ為流體的導(dǎo)熱系數(shù)（W/ (m · K))，α為表面散熱系數(shù)（WAm2 · K))。
[0156] 當(dāng)流體在徑向通風(fēng)溝內(nèi)呈紊流運動時，努謝爾數(shù)相似準則方程與其他相似準則方 程之間具有如下形式：
[0158] 式中Pr(CP)為通風(fēng)溝內(nèi)流體平均溫度所對應(yīng)的普朗特數(shù)；Pr (CT)為通風(fēng)溝內(nèi)壁 面溫度所對應(yīng)的普朗特數(shù)；ε為修正系數(shù)。
[0159] 考慮到在徑向通風(fēng)溝內(nèi)流體的物性參數(shù)受溫度變化的影響很小，將式（3)、（4)聯(lián) 立，得到通風(fēng)溝內(nèi)流體在紊流狀態(tài)下的初始表面散熱系數(shù)：
[0161] 步驟4,根據(jù)步驟1中確定的大型發(fā)電機定轉(zhuǎn)子各個部分的損耗分、步驟3中確定 的大型發(fā)電機定轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)溝初始表面散熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，對步驟2中建立的大型電機 定轉(zhuǎn)子直線段部分三維穩(wěn)態(tài)溫度場模型進行迭代計算，得到最終的定轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)溝表面 散熱系數(shù)。
[0162] 確定定子鐵心溫度的收斂條件，獲取定子鐵心溫度，得到計算定子鐵心溫度計算 公式
[0164] 根據(jù)散熱系數(shù)與電機鐵心溫度之間的非線性關(guān)系，可得：
[0166] 式中，T1為定轉(zhuǎn)子靠近邊界面外側(cè)表面溫度值；T2為定轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的溫度值；T f為環(huán) 境溫度值，單位為（K) ;&為定子靠近邊界面外側(cè)表面節(jié)點橫坐標(biāo)值；X2為定子內(nèi)表面節(jié)點 橫坐標(biāo)值；a ' i為第i個節(jié)點的散熱系數(shù)近似值；a ' i i為第i_l個節(jié)點的散熱系數(shù)近 似值；α ' 1+1為第i+1個節(jié)點的散熱系數(shù)近似值；a i為第i個節(jié)點的散熱系數(shù)修正值；β 為松弛因子。
[0167] 為了能夠更快的收斂和求得更為準確的定子通風(fēng)溝表面散熱系數(shù)，通風(fēng)溝表面網(wǎng) 格節(jié)點的環(huán)境溫度按照整個疊片段區(qū)域流體流體溫度的近似線型分布進行賦值，然后求解 非線性方程組。常用的求解方法有牛頓拉佛遜迭代法和欠松弛迭代法。采用欠松弛方法迭 代，β取為0.8求解非線性方程組。當(dāng)收斂條件同時滿足式（8)-(9)中兩個條件時停止迭 代。
[0170] 式中：TS為鐵心的實測溫度值；T w為對應(yīng)此處鐵心的計算溫度值；a i為第i個節(jié) 點的散熱系數(shù)；α 1+1為第i+Ι個節(jié)點的散熱系數(shù)；ε :和ε 2分別為滿足迭代要求的殘差；
[0171] 當(dāng)?shù)Y(jié)果同時滿足收斂條件（8)和（9)時，停止迭代，此時，根據(jù)式（7)計算的 到的通風(fēng)溝表面散熱系數(shù)即為大型電機額定運行時通風(fēng)溝表面散熱系數(shù)。
[0172] 迭代過程中定轉(zhuǎn)子的鐵心溫度可按照如下公式進行計算：
[0174] 式中，T為物體的溫度；λ X、λ y、λ ζ分別為X、y、ζ方向的導(dǎo)熱系數(shù)；q為熱源的 發(fā)熱密度。