大功率雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部流變特性數(shù)值仿真

丁樹業(yè)， 孫兆瓊， 姜楠， 鄧?yán)冢?謝穎

(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.上海迪吉意環(huán)保技術(shù)有限公司，上海 200233)

大功率雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部流變特性數(shù)值仿真

丁樹業(yè)1， 孫兆瓊1， 姜楠1， 鄧?yán)?， 謝穎1

(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.上海迪吉意環(huán)保技術(shù)有限公司，上海 200233)

針對(duì)發(fā)電機(jī)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部流體的流動(dòng)特性對(duì)電機(jī)內(nèi)熱量的傳導(dǎo)以及運(yùn)行性能具有很重要的影響，以一臺(tái)3MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，根據(jù)流體力學(xué)以及傳熱學(xué)理論，建立三維流體場(chǎng)與三維溫度場(chǎng)耦合的求解域物理模型，采用有限體積法對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解，在利用發(fā)電機(jī)的整體溫升對(duì)研究方法及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)不同冷卻介質(zhì)的速度、跡線、溫升等參量的空間分布特性進(jìn)行詳細(xì)分析。通過計(jì)算，揭示大功率雙饋發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻介質(zhì)流變特性的分布規(guī)律，可為同類型發(fā)電機(jī)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及更大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)流體場(chǎng)的準(zhǔn)確計(jì)算提供理論依據(jù)。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī);三維流體場(chǎng);流變特性;有限體積法;數(shù)值仿真

0 引言

隨著人類對(duì)能源緊缺和環(huán)境污染問題的持續(xù)關(guān)注，可再生能源的開發(fā)與利用已成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)，風(fēng)能作為一種綠色的可再生能源以其蘊(yùn)量豐富、分布廣泛等優(yōu)勢(shì)異軍突起。在過去的幾年里，風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)迅速發(fā)展，據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2009年末，世界風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)總量達(dá)到157.9 GW［1－2］。目前的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要有雙饋異步、永磁直驅(qū)、普通異步等三種技術(shù)，在這三種技術(shù)中，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于其體積小、重量輕、供電質(zhì)量高等特點(diǎn)，己成為并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流機(jī)型之一［3－4］。

大型發(fā)電機(jī)內(nèi)的溫升分布直接關(guān)系到機(jī)組的性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而電機(jī)內(nèi)冷卻介質(zhì)的流變特性在很大程度上影響著電機(jī)各部件的溫升，因此，對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)的流體場(chǎng)進(jìn)行仿真是優(yōu)化通風(fēng)結(jié)構(gòu)和提高發(fā)電機(jī)容量的必要基礎(chǔ)［5］。目前，國內(nèi)外一些文獻(xiàn)中給出了各種電機(jī)內(nèi)流變特性的研究實(shí)例［6－10］，其方法很有效，但多數(shù)以結(jié)構(gòu)簡單的電機(jī)為研究對(duì)象;國內(nèi)諸多學(xué)者采用有限元法或有限體積法對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)以及汽輪發(fā)電機(jī)的發(fā)熱與冷卻進(jìn)行了大量的研究［11－19］，但是僅僅針對(duì)一次冷卻介質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算。綜合近年來的研究成果可以看出，對(duì)大型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部流體流動(dòng)以及傳熱性能的研究成果相對(duì)很少。由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，同時(shí)具有兩種不同的冷卻介質(zhì)，大大提升了計(jì)算難度，所以對(duì)大型雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻介質(zhì)的流變特性進(jìn)行研究具有一定的工程價(jià)值。

本文以一臺(tái)3MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，基于計(jì)算流體力學(xué)原理以及傳熱學(xué)理論，建立了三維流體場(chǎng)與三維溫度場(chǎng)耦合求解的數(shù)學(xué)模型以及物理模型，結(jié)合工程實(shí)際確定了基本假設(shè)及邊界條件，采用有限體積法對(duì)電機(jī)內(nèi)不同冷卻介質(zhì)的速度、溫升、跡線、以及導(dǎo)熱系數(shù)等空間分布特性進(jìn)行了數(shù)值分析，并得出了發(fā)電機(jī)的整體溫升分布。

1 模型的建立

電機(jī)內(nèi)的物理場(chǎng)是相互影響、相互制約、具有一定耦合關(guān)系的綜合場(chǎng)，因此，單獨(dú)地計(jì)算流體場(chǎng)和溫度場(chǎng)并不能準(zhǔn)確描述電機(jī)內(nèi)的實(shí)際發(fā)熱情況。為了提高計(jì)算精確度，根據(jù)3MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)流體流動(dòng)與傳熱的特點(diǎn)，建立了三維流體場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合求解的數(shù)學(xué)模型和物理模型。

1.1 數(shù)學(xué)模型

1.1.1 三維對(duì)流換熱控制方程

由流體力學(xué)基本原理［20］可知，發(fā)電機(jī)內(nèi)流體的流動(dòng)與傳熱滿足質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒，當(dāng)流體不可壓縮且處于穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的三維控制方程如下:

質(zhì)量守恒方程為

式中u、v、w分別為x、y和z方向的速度分量。

動(dòng)量守恒方程為

式中:ρ為流體密度;μ為動(dòng)力粘度;p為流體壓力。

能量守恒方程為

式中:cp為流體比熱;T為溫度;λl為流體導(dǎo)熱系數(shù)。

1.1.2 三維導(dǎo)熱方程

由傳熱學(xué)基本原理［21］可知，對(duì)穩(wěn)態(tài)的溫度場(chǎng)進(jìn)行求解時(shí)，導(dǎo)熱方程去掉了時(shí)間項(xiàng)，簡化了方程求解的難度。選用三維穩(wěn)態(tài)含熱源各向異性介質(zhì)的導(dǎo)熱控制方程，在笛卡兒坐標(biāo)系下，三維導(dǎo)熱方程為

式中:T為固體待求溫度(℃);kx、ky、kz為求解域內(nèi)各種材料沿x、y以及z方向的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K));q為求解域內(nèi)各體熱源密度之和(W/m3);α為散熱表面的散熱系數(shù)(W/(m2·K));Tf為散熱面周圍流體的溫度(℃)。

1.2 基本假設(shè)

為了合理簡化求解過程，做出以下基本假設(shè):

1)電機(jī)內(nèi)流體的雷諾數(shù)很大(Re＞2 300)，采用紊流模型對(duì)電機(jī)內(nèi)的流體場(chǎng)進(jìn)行求解;

2)電機(jī)內(nèi)流體場(chǎng)中，流體流速遠(yuǎn)小于聲速，即馬赫數(shù)(Ma數(shù))很小，故把流體作為不可壓縮流體處理;

3)認(rèn)為渦流效應(yīng)對(duì)每根股線的影響相同，定、轉(zhuǎn)子繞組銅損耗取其平均值，并認(rèn)為端部繞組是直的;

4)由于只研究發(fā)電機(jī)內(nèi)流體流速的穩(wěn)定狀態(tài)，即定常流動(dòng)，因而導(dǎo)熱方程不含有時(shí)間項(xiàng)。

5)由于發(fā)電機(jī)的通風(fēng)溝與氣隙相互獨(dú)立，沒有直接接觸的地方，氣隙內(nèi)的空氣僅受轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的影響，因此沿軸向幾乎不流動(dòng)，將氣隙內(nèi)空氣等效為僅具有導(dǎo)熱效能的介質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)［20－21］確定。

1.3 物理模型及邊界條件

研究的3MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用空冷與水冷搭配的方式冷卻，冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。其中，空冷部分采用的是軸流式風(fēng)扇，冷卻空氣流經(jīng)轉(zhuǎn)子風(fēng)管、端部風(fēng)道、以及位于中筒體與外筒體之間的定子外圍風(fēng)道，形成密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng);水道分布在定子鐵心圓周外側(cè)的內(nèi)筒體與中筒體之間，每半個(gè)圓周設(shè)置兩個(gè)完整的水路冷卻系統(tǒng)，每個(gè)完整的水路系統(tǒng)包括7條連通的水道，水道在定子外圍沿圓周方向平行排列，內(nèi)部的冷卻水沿電機(jī)軸向流動(dòng)，作為發(fā)電機(jī)的二次冷卻介質(zhì)。

圖1 發(fā)電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of ventilation cooling system

根據(jù)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子以及冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮到冷卻介質(zhì)的性能，取發(fā)電機(jī)1/7圓周(即兩條水道寬度)、整個(gè)軸向長度的定轉(zhuǎn)子鐵心、定轉(zhuǎn)子繞組、風(fēng)道以及水道作為研究對(duì)象，建立求解域的物理模型，如圖2所示。在剖分的過程中，轉(zhuǎn)子風(fēng)管與定子外圍風(fēng)道內(nèi)壁面附近，流體流動(dòng)的剪切應(yīng)力與摩擦阻力比較大，所以先對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了邊界層劃分。在計(jì)算求解區(qū)域內(nèi)流體的流變特性與發(fā)電機(jī)整體溫度分布時(shí)，流體區(qū)域網(wǎng)格數(shù)量的多少直接影響計(jì)算結(jié)果。文中經(jīng)多次試算，直到找到計(jì)算結(jié)果基本不隨網(wǎng)格數(shù)變化的情形，網(wǎng)格總數(shù)為789 524。圖3為求解域剖分圖的不同視圖。

圖2 求解域物理模型Fig.2 The physical model of solution region

圖2中S1、S2分別為風(fēng)道的入口和出口邊界，S3、S4分別為水道的入口和出口邊界，S5、S6為絕熱面。具體邊界條件設(shè)置如下:

1)風(fēng)道入口為速度入口邊界條件，給定速度大小為0.58m/s;

2)水道入口為速度入口邊界條件，給定速度大小為1.7m/s;

3)風(fēng)道出口為壓力出口邊界條件，壓力值為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，水道出口邊界條件根據(jù)實(shí)際條件給出;

4)發(fā)電機(jī)外殼及轉(zhuǎn)子內(nèi)圓為散熱面，采用流體相似理論及公式即可得到相應(yīng)的散熱系數(shù)［5］;

5)流體除入口及出口邊界條件外，其余與固體的接觸面均視為無滑移邊界。

方程采用分離、隱式迭代方式求解，壓力耦合方程組采用SIMPLEC算法，其他方程均采用二階迎風(fēng)格式。進(jìn)而獲得收斂結(jié)果。

圖3 求解域剖分圖Fig.3 The mesh of solution region

2 整體溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算可以得到求解域內(nèi)不同位置的溫升變化情況，圖4為整個(gè)求解域內(nèi)溫升分布特性圖，由圖可以看出整個(gè)求解域內(nèi)的溫升變化比較劇烈。

圖4 三維溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果Fig.4 Calculation result of 3－D temperature field

轉(zhuǎn)子部分的發(fā)熱十分明顯，尤其是轉(zhuǎn)子上層繞組的溫升最高。這是由于轉(zhuǎn)子位于發(fā)電機(jī)內(nèi)部，盡管轉(zhuǎn)子風(fēng)管內(nèi)的冷卻空氣流動(dòng)性能較好，但僅僅對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心的冷卻效果比較明顯，而對(duì)距離風(fēng)管較遠(yuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組的冷卻效果卻很差;雖然轉(zhuǎn)子上層繞組靠近氣隙，但氣隙部分的空氣幾乎不流動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外表面的對(duì)流散熱系數(shù)很低。轉(zhuǎn)子部分產(chǎn)生的熱量只能沿半徑反方向?qū)⒊鋈ィ揖嚯x轉(zhuǎn)子風(fēng)管越遠(yuǎn)冷卻效果越差，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子上層繞組溫升很高，最高可達(dá)76.54K。

而定子槽內(nèi)繞組以及定子鐵心的溫升相對(duì)較低，定子端部繞組的溫升相對(duì)較高。定子部分的鐵耗與銅耗在數(shù)值上與轉(zhuǎn)子部分相當(dāng)，在定子軛部外圍不僅有冷卻空氣流過，而且換熱能力較強(qiáng)的冷卻水又帶走一部分熱量，因此定子鐵心及定子槽內(nèi)繞組的溫升較低。但是由于端部風(fēng)路內(nèi)冷卻空氣的冷卻效果不明顯，使得定子端部繞組的熱量不能有效的導(dǎo)散出去，因此定子端部繞組的溫升要高于槽內(nèi)繞組。計(jì)算結(jié)果顯示定子繞組最高溫升為65.12K。

由于發(fā)電機(jī)主絕緣按F級(jí)考核，可見發(fā)電機(jī)的最高溫升處于絕緣溫升極限范圍內(nèi)，并留有一定的裕量，說明發(fā)電機(jī)整體溫升的計(jì)算結(jié)果有效。而本文所采用的是流體場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合求解的方法，發(fā)電機(jī)固體部件的溫升分布與流體的流速、跡線、溫度等流動(dòng)特性密切相關(guān)，因此可以判斷本文對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部流變特性進(jìn)行數(shù)值仿真的結(jié)果正確有效，所采用的研究方法合理可行。

3 一次冷卻介質(zhì)的特性分析

3.1 一次冷卻介質(zhì)的流速分析

由于大功率雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，風(fēng)道內(nèi)流體的流速分布也非常復(fù)雜，圖5給出了發(fā)電機(jī)徑向截面不同位置處冷卻空氣的流速分布，采樣位置如圖3中1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)采樣面。

圖5 發(fā)電機(jī)徑向截面冷卻空氣速度分布Fig.5 Velocity distribution of cooling air on radial cross section

由圖5可以看出風(fēng)道入口處的風(fēng)速較低，在靠近定子下層繞組的位置冷卻空氣的流速幾乎為零，而靠近轉(zhuǎn)子風(fēng)管處的氣體流速明顯增加。這是由于風(fēng)道入口與轉(zhuǎn)子風(fēng)管之間的壓力差較大，使得通過該位置的空氣流量較大。在風(fēng)扇側(cè)端部風(fēng)路處，流體流速分布十分復(fù)雜，靠近定子下層繞組端部的風(fēng)速相對(duì)較高，為6.19～14.97m/s，在靠近轉(zhuǎn)子端部的風(fēng)速較低，為0.99～4.39m/s。轉(zhuǎn)子風(fēng)管與鐵心外圍風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速較大，并且流速分布比較均勻。

3.2 一次冷卻介質(zhì)的流線分析

為詳細(xì)分析端部風(fēng)路的流體流動(dòng)情況，圖6給出了發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻空氣的流線圖，由于計(jì)算結(jié)果為穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻氣體的流動(dòng)特性不隨時(shí)間變化，因此流體的流線與流體微粒的運(yùn)動(dòng)跡線重合。從圖6中可以看出，轉(zhuǎn)子風(fēng)管以及定子外圍風(fēng)道均為狹長管道，冷卻空氣的流動(dòng)受到風(fēng)道形狀的束縛，其內(nèi)部的氣體能夠沿統(tǒng)一的方向流動(dòng)，具有一定的規(guī)律性。而端部風(fēng)路內(nèi)冷卻氣體的流動(dòng)情況十分復(fù)雜，風(fēng)腔內(nèi)的冷卻空氣形成雜亂無章的渦流。端部風(fēng)腔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)流體運(yùn)動(dòng)方向的約束力很小，而且端部風(fēng)腔的入口及出口位于同一側(cè)，使得其內(nèi)部冷卻空氣的流動(dòng)方向變化十分劇烈，流動(dòng)性能較差。

圖6 發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻空氣流線圖Fig.6 Path lines of cooling air inner generator

3.3 一次冷卻介質(zhì)的溫升計(jì)算結(jié)果

冷卻介質(zhì)的溫升直接關(guān)系到電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)熱交換的好壞，冷卻介質(zhì)溫升過低，說明電機(jī)內(nèi)部熱交換不完全，造成流量的浪費(fèi);相反如果冷卻介質(zhì)溫升過高，則容易造成發(fā)電機(jī)局部溫升過高，導(dǎo)致電機(jī)燒毀，因此冷卻介質(zhì)的溫升分布情況是十分重要的［15］。圖7描述了發(fā)電機(jī)風(fēng)道內(nèi)冷卻空氣的溫升分布情況，可以看出沿著冷卻氣體的流動(dòng)方向，氣體溫升有先增加后減小的趨勢(shì)，在轉(zhuǎn)子風(fēng)管內(nèi)，冷卻空氣的溫升沿進(jìn)氣方向迅速增加，到達(dá)端部風(fēng)路時(shí)，溫升最高可達(dá)39.61K，進(jìn)入外圍風(fēng)道后，冷卻氣體與二次冷卻介質(zhì)進(jìn)行能量交換，使得氣體溫升有所降低。通過數(shù)值分析可知:冷卻氣體在電機(jī)內(nèi)循環(huán)一次之后，在到達(dá)本求解域的風(fēng)路出口時(shí)，冷卻氣體的平均溫升僅為5K左右，為冷卻空氣的再次循環(huán)做好準(zhǔn)備。

圖7 冷卻空氣整體溫升分布Fig.7 Temperature rise of cooling air

4 二次冷卻介質(zhì)的特性分析

4.1 二次冷卻介質(zhì)的流速分析

圖8給出了水道圓周中心面處冷卻水的流速分布。由圖示可以看出水道內(nèi)流體的速度分布是十分不均勻的，1號(hào)水道內(nèi)入口側(cè)的擋板壁面為“背風(fēng)”面，另一側(cè)為“迎風(fēng)”面;2號(hào)水道內(nèi)出口側(cè)的擋板壁面為“迎風(fēng)”面，另一側(cè)為“背風(fēng)”面。在“背風(fēng)”面附近，冷卻水的流動(dòng)速度較低，“迎風(fēng)”面附近流速相對(duì)較高，在水道內(nèi)壁靠近端部的位置流體流動(dòng)性能較差。

圖8 水道內(nèi)流體場(chǎng)分布Fig.8 Distribution of fluid field inner water channel

4.2 二次冷卻介質(zhì)溫升計(jì)算結(jié)果

圖9給出了水道圓周中心面處冷卻水的等溫線分布圖。由圖示可以看出，水道內(nèi)流體溫度沿流動(dòng)方向有增加的趨勢(shì)，靠近端部風(fēng)道一側(cè)的流體溫度較高，計(jì)算結(jié)果顯示本求解域的水道出口處的最高溫升為2.59K。

圖9 水道周向溫升分布Fig.9 Temperature rise of cooling water on circumferential cross section

由于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一次冷卻介質(zhì)在密閉的風(fēng)道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，冷卻空氣的作用僅僅是利用對(duì)流換熱將電機(jī)某部位的熱量傳送到另一部位，并不能將熱量導(dǎo)散出去，而冷卻氣體將吸收的那部分熱量在定子外圍部分傳遞給二次冷卻介質(zhì)，并由二次冷卻介質(zhì)帶到電機(jī)外部。換言之，電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的熱量主要是由二次冷卻介質(zhì)帶走的。

為了更明確地分析發(fā)電機(jī)的降溫過程，表1給出了本求解域內(nèi)熱量導(dǎo)散的分配表。從表中數(shù)據(jù)可以看出，電機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱量主要是由二次冷卻介質(zhì)帶走，而電機(jī)表面散熱量只占很小的一部分，因此二次冷卻介質(zhì)的作用不可忽略。由于冷卻水的流速很大，使得對(duì)流換熱的能力較強(qiáng)，能夠與一次冷卻介質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換，將大量的熱量帶到電機(jī)外部。而由于水本身的物理性質(zhì)決定了水具有較強(qiáng)的對(duì)流換熱能力，雖然帶走了電機(jī)內(nèi)大量的熱量，但本身的溫升卻很低。

表1 熱量導(dǎo)散分配表Table 1 Distribution list of heat conduction

5 結(jié)論

本文通過對(duì)3MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部冷卻介質(zhì)的流變特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和特性分析，得出如下結(jié)論:

1)一次冷卻介質(zhì)的流變特性分布比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)子風(fēng)管與定子外圍風(fēng)道內(nèi)冷卻空氣的流動(dòng)比較規(guī)律，而端部風(fēng)腔內(nèi)的氣體流動(dòng)性能較差;

2)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量主要是由二次冷卻介質(zhì)帶到電機(jī)外部，冷卻水的換熱能力較強(qiáng)，而本身的溫升很低;

3)利用發(fā)電機(jī)整體溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果以及發(fā)電機(jī)的絕緣等級(jí)，驗(yàn)證了本文研究方法的合理性，以及流體場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的正確性。

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(編輯:劉素菊)

Numerical simulation of rheological properties inside large doubly-fed wind generator

DING Shu-ye1， SUN Zhao-qiong1， JIANG Nan1， DENG Lei2， XIE Ying1
(1.School of Electrical and Electronic Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China;2.DG Environmental Technology Limited Company，Shanghai 200233，China)

Heat transfer and operating performance of generator are closely related to the ventilation structure and fluid flow behaviour.Taken a 3MW large doubly-fed wind generator as an example，physical model of three dimensional fluid and temperature coupled field was established according to hydromechanics and heat transfer theory.On the base of the correctness of researching method and computing result proved by the temperature rise distribution of the whole generator，the space distribution characters of different cooling medium inner generator，such as flow velocity，path line，temperature rise and heat transfer coefficient，were analysed numerically using finite volume method.Rheological properties of cooling medium inner generator was obtained，by which a theory gist for design of ventilation structure for the same type generator and accurate calculation of fluid fields for the larger capacity wind generator is provided.

doubly-fed wind generators;3D fluid field;rheological properties;finite volume method;numerical simulation

TM 315

A

1007－449X(2011)04－0028－07

2010－11－30

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20102303120001);黑龍江省普通高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)骨干支持計(jì)劃項(xiàng)目(1154G38);哈爾濱市科

技創(chuàng)新人才研究生專項(xiàng)資金項(xiàng)目(RC2009QN007018)

丁樹業(yè)(1978—)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)榇笮桶l(fā)電機(jī)綜合物理場(chǎng)的數(shù)值研究;

孫兆瓊(1986—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榘l(fā)電機(jī)物理場(chǎng)數(shù)值分析;

姜 楠(1988—)，女，學(xué)士，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)的理論研究;

鄧 磊(1987—)，男，學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)榇笮屯L(fēng)設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)與研發(fā);

謝 穎(1974—)，女，博士，副教授，研究方向?yàn)殡姍C(jī)電磁計(jì)算、感應(yīng)電機(jī)故障診斷及檢測(cè)。