蒸發(fā)冷卻技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步及現(xiàn)存技術(shù)難點(diǎn)

蒸發(fā)冷卻的原理

原理 電機(jī)以往所使用的冷卻方式(包括空冷、氫冷和水冷)從熱學(xué)原理上來(lái)講都是利 用介質(zhì)的比 熱吸熱從而帶走熱量。而蒸發(fā)冷卻從熱學(xué)原理上是利用流體沸騰時(shí)的 汽化潛熱帶走熱量。這 種利用流體沸騰時(shí)的汽化潛熱的冷卻方式就叫做“蒸發(fā)冷 卻”。由于流體的汽化潛熱要比流 體的比熱大很多，所以蒸發(fā)冷卻的冷卻效果更 為顯著。其中管道內(nèi)冷式蒸發(fā)冷卻的基本原理 是：當(dāng)電機(jī)繞組空心導(dǎo)體內(nèi)部通以 冷卻液體，液體進(jìn)入導(dǎo)體后，吸收損耗產(chǎn)生的熱量，溫度 逐 漸升高。當(dāng)液體的溫 度達(dá)到壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，就改變其物理狀態(tài)而沸騰汽化，帶走 熱量，冷 卻電機(jī)。定子自循環(huán)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)如圖1，它利用立式水輪機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在存 在密 度差的情況下可以實(shí)現(xiàn)無(wú)泵自循環(huán)。

其原理是：當(dāng)空心導(dǎo)體內(nèi)的冷卻介質(zhì)吸 收空心導(dǎo)線損耗 所發(fā)散的熱量逐漸汽化形成汽液混合物，其密度低于回液管中的 單相液體密度，在重力加速 度的作用下產(chǎn)生流動(dòng)壓頭，克服整個(gè)冷卻回路的阻力 損失，維持系統(tǒng)循環(huán)。

優(yōu)缺點(diǎn) 當(dāng)電機(jī)采用蒸發(fā)冷卻方式后，由于蒸發(fā)冷卻的冷卻效果顯著，使得整個(gè)電機(jī)的 溫升降低，電機(jī)的溫度分布均勻。特別是內(nèi)冷方式的使用極大地降低了定子繞組 溫升，從而降低繞組與鐵 心間的溫差，提高運(yùn)行穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)表 現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)蒸發(fā)冷卻繼 承了水內(nèi)冷的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了水介質(zhì)的缺點(diǎn) ，極大地提高了運(yùn)行可靠性。2)蒸發(fā)冷卻方 式使用的介質(zhì)是沸點(diǎn)在50～60℃的氟 碳化合物，無(wú)毒，無(wú)污染，不腐蝕金屬。3)采用的介 質(zhì)具有很高的絕緣性，克服 了介質(zhì)導(dǎo)電的危險(xiǎn)，同時(shí)介質(zhì)具有滅火和滅弧能力，能夠抑制其 他電氣事故的發(fā) 生。4)可以利用液相和氣液雙相的比重差實(shí)現(xiàn)無(wú)泵自循環(huán)。減小了泄漏點(diǎn) ，不會(huì) 失去循環(huán)。5)蒸發(fā)冷卻的氣側(cè)壓力可以設(shè)計(jì)為運(yùn)行時(shí)低于01MPa正壓，停機(jī)時(shí)成 負(fù) 壓，減小泄漏的可能性，克服了水冷方式水泄漏的本質(zhì)弱點(diǎn)。6)由于溫升分布 均勻，定子 線棒各部分的溫差較小(小于10℃)從而克服了定子線棒的熱變形問(wèn)題 。7)由于蒸發(fā)冷卻介 質(zhì)的高絕緣性，使得對(duì)電機(jī)繞組本身絕緣的要求降低了，絕 緣費(fèi)用降低而使電機(jī)經(jīng)濟(jì)性能有 所提高。蒸發(fā)冷卻技術(shù)唯一需要解決的問(wèn)題是以 往蒸發(fā)冷卻所使用的氟利昂介質(zhì)中的cl元素 對(duì)大氣的臭氧層有破壞作用。但是這 并非本質(zhì)性的弱點(diǎn)，因?yàn)樾滦蜔o(wú)污染的冷卻介質(zhì)研究已 取得進(jìn)展，并已經(jīng)過(guò)了實(shí) 際機(jī)組的使用，可以替換。

二、蒸發(fā)冷卻技術(shù)的研究背景及成果 由于蒸發(fā)冷卻技術(shù)無(wú)以倫比的優(yōu)越性，引起了各國(guó)科學(xué)家對(duì)蒸發(fā)冷卻技術(shù)研究 工作的關(guān)注 。 1國(guó)外的研究情況 美國(guó)、日本、英國(guó)、俄羅斯和加拿大等國(guó)相繼開(kāi)展了將相變?cè)響?yīng)用到大型發(fā) 電設(shè)備中的 研究，已取得一定的成果，這些研究成果只是處在一種試驗(yàn)研究的階 段，至今沒(méi)有成熟產(chǎn)品 批量生產(chǎn)。國(guó)外對(duì)蒸發(fā)冷卻電機(jī)的一些主要研制成果如下 ： 1949年，荷蘭人首先提出了“噴霧式蒸發(fā)外冷”技術(shù)，其電機(jī)結(jié)構(gòu)為在 電機(jī)的端部裝有橫 向的細(xì)管，水霧直接落在繞組、鐵心和轉(zhuǎn)子表面上吸熱而汽化 ，生成的水蒸汽在電機(jī)的另一 端冷凝，由泵送入儲(chǔ)液箱，再循環(huán)使用。這種冷卻 方式制造和使用都很不方便，且因水具有 導(dǎo)電性而對(duì)電機(jī)絕緣的要求嚴(yán)格，不適 合大型發(fā)電機(jī)冷卻的要求，僅在特種電機(jī)上使用。 1962年，蘇聯(lián)基輔工學(xué)院開(kāi)始研究“直接膜狀蒸發(fā)冷卻”。這種冷卻系 統(tǒng)的基本原理是帶 有空心導(dǎo)體的定轉(zhuǎn)子繞組作為冷凍機(jī)中的蒸發(fā)器。他們?cè)陟o止 和旋轉(zhuǎn)條件下對(duì)一根空心導(dǎo)體 的蒸發(fā)內(nèi)冷做了不少的原理試驗(yàn)和理論分析。介質(zhì) 采用氟里昂—12和氟里昂—22，整個(gè)系統(tǒng) 的運(yùn)行溫度低于室溫。這種冷卻方式在 汽輪發(fā)電機(jī)上使用可使其單機(jī)容量比用氫冷時(shí)提高一 倍，且工作溫度低，溫度梯 度極小，熱損耗少。無(wú)化學(xué)腐蝕，無(wú)爆炸，燃燒等危險(xiǎn)。但是， 這種冷卻系統(tǒng)中 冷凍的功率很大，循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，操作維護(hù)不方便。尤其是在低溫下運(yùn)行， 外層 要求保溫，否則會(huì)出現(xiàn)熱的逆流現(xiàn)象。即周?chē)h(huán)境的熱量向電機(jī)內(nèi)部傳遞。 1969年，日本東芝電氣公司研究試驗(yàn)了汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫循環(huán)水蒸 發(fā)內(nèi)冷系統(tǒng)。是在 一個(gè)相當(dāng)于20萬(wàn)kW級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上進(jìn)行的模型試驗(yàn)，同時(shí) 還作了一系列單因素的專(zhuān)題模 擬試驗(yàn)。其循環(huán)回路為：冷卻水從軸中小孔流向分 配環(huán)，在離心力的作用下，經(jīng)配水環(huán)上的 噴嘴噴入最內(nèi)層的繞組中，每層繞組有 溢流結(jié)構(gòu)，冷卻水通過(guò)溢水孔逐步流入最外層繞組中 ，多余的水流入液體收集器 。有一個(gè)絕緣筒套在轉(zhuǎn)子周?chē)苑乐顾羝M(jìn)入定子。管內(nèi)水蒸 汽流過(guò)調(diào)壓閥被 吸入冷凝器內(nèi)，冷凝成液體再經(jīng)泵重新循環(huán)工作。水蒸汽的溫度可通過(guò)調(diào)整 壓力 而改變。這種冷卻方式冷卻效果好，繞組溫度分布均勻，工作穩(wěn)定，起動(dòng)、停機(jī)方 便。 缺點(diǎn)是仍需很多外部管路和冷卻裝置，水對(duì)軸及絕緣材料等有腐蝕性，因此 安全性差。 1970年，美國(guó)通用電氣公司在國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議上發(fā)表的論文中提出了轉(zhuǎn) 子自循環(huán)蒸發(fā)冷卻 方案。整個(gè)轉(zhuǎn)子密封于不銹鋼套筒中。冷卻介質(zhì)采用R—113、 R—114、RC—75等。發(fā)電機(jī)繞 組內(nèi)充有低沸點(diǎn)、高絕緣的冷卻液體。發(fā)電機(jī)運(yùn)行 時(shí)，冷卻液吸收熱量后蒸發(fā)汽化，經(jīng)過(guò)冷 凝器又冷凝為液體，經(jīng)過(guò)與繞組相連通 的外部回液管，重新返回繞組，形成自然循環(huán)。這種 自循環(huán)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻效 率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，運(yùn)行安全可靠，是一種很有發(fā) 展前途的冷卻方 案。 2國(guó)內(nèi)的研究情況 中國(guó)科學(xué)院電工所在看到了水內(nèi)冷技術(shù)優(yōu)越性的同時(shí)，為了解決水內(nèi)冷電機(jī)的 水系統(tǒng)故障 問(wèn) 題，于1958年開(kāi)始從事蒸發(fā)冷卻技術(shù)的研究。最早開(kāi)展的是“低溫 冷凍強(qiáng)迫循環(huán)方式”。這 種冷卻方式使用沸點(diǎn)較低的介質(zhì)，汽化后的飽和蒸汽溫 度低于二次冷卻介質(zhì)溫度，必須經(jīng)過(guò) 壓縮，使其飽和蒸汽溫度高于二次冷卻介質(zhì) 溫度，才能進(jìn)行熱交換，冷凝為液體，再次循環(huán) 使用。1958年在全國(guó)第一次三峽 科研工作會(huì)議上討論了如何研究采用先進(jìn)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)制造三峽巨型發(fā)電機(jī)問(wèn)題。 中科院電工所承擔(dān)了此項(xiàng)課題后，經(jīng)過(guò)調(diào)查和試驗(yàn)研究提出了利用氟里 昂作為介 質(zhì)的自循環(huán)蒸發(fā)冷卻方式。這種冷卻方式利用電機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(例如：立式水輪發(fā) 電機(jī)的定子繞組)，以及液體汽化后密度發(fā)生變化而引起壓差變化，可以形成自然 循環(huán)。當(dāng) 時(shí)，這在國(guó)內(nèi)外是最早提出的。其原理如下：繞組空心導(dǎo)體內(nèi)的冷卻液 體吸收了熱量，在常 溫下汽化，通道內(nèi)形成氣液兩相的混合物，其混合密度小于 回液管中未受熱的液體密度。在 重力加速度作用下，兩管中的靜壓頭不同就產(chǎn)生 了壓差，這就是自循環(huán)的動(dòng)力，稱(chēng)為流動(dòng)壓 頭。它是利用介質(zhì)吸收的熱量做功， 推動(dòng)流體循環(huán)，無(wú)需外加動(dòng)力。流動(dòng)壓頭克服循環(huán)回路 中的各種阻力損失，保持 正常循環(huán)，壓頭與總阻力相平衡。隨著電機(jī)負(fù)荷的變化，損耗發(fā)生 變化，流體的 流量發(fā)生變化從而介質(zhì)的流動(dòng)速度發(fā)生相應(yīng)的變化，流動(dòng)壓頭和總阻力損失在 新 的條件下達(dá)到新的平衡，可以自動(dòng)適應(yīng)電機(jī)冷卻的需要。這個(gè)循環(huán)的原理同樣適用 于轉(zhuǎn)子 ，由于離心加速度比重力加速度大很多，因此循環(huán)的動(dòng)力也大很多，從而 使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)多匝自 循環(huán)。電工所為了進(jìn)一步研究蒸發(fā)冷卻原理和設(shè)計(jì)計(jì)算方法， 先后建立了“氣液兩相原理模 擬”，“定子模型”和“旋轉(zhuǎn)模型”等試驗(yàn)室及相 應(yīng)的試驗(yàn)裝置，對(duì)管道內(nèi)蒸發(fā)冷卻的基本 規(guī)律進(jìn)行研究，獲得了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù) ，為后來(lái)的工業(yè)應(yīng)用積累了大量的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)。電 工所老一輩科學(xué)家經(jīng)過(guò)40多 年的艱苦研究，從1萬(wàn)kW的小機(jī)組到40MW的大型水輪發(fā)電機(jī)，已 積累了累計(jì)52臺(tái)年 總?cè)萘窟_(dá)570MVA的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)大型電機(jī)冷卻方式尋找新的出路作出 了極大 的貢獻(xiàn)。目前，不論是在基礎(chǔ)試驗(yàn)研究或是機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上，在蒸發(fā)冷卻電機(jī)方面 ， 我國(guó)都處于世界領(lǐng)先地位。 中國(guó)科學(xué)院電工所與東方電機(jī)廠及上海電機(jī)廠等生產(chǎn)制造單位合作，先后將 蒸發(fā)冷卻技術(shù) 應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)上，取得了很好的工業(yè)應(yīng)用效果。 主要的成果包括：1975年 與北京電力設(shè)備廠聯(lián)合研制了一臺(tái)1200kW全蒸發(fā)冷卻汽 輪發(fā)電機(jī)。1983年云南大寨水電廠的 兩臺(tái)10MW蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行至 今。1992年與上海電機(jī)廠聯(lián)合研制的一臺(tái)50MW蒸 發(fā)冷汽輪發(fā)電機(jī)作調(diào)相機(jī)使用運(yùn) 行至今。1992年安康火石巖電廠的525MW蒸發(fā)冷卻水輪發(fā) 電機(jī)運(yùn)行至今。1999年 底投入運(yùn)行的李家峽400MW蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)已于2000年底通過(guò)國(guó) 家科技部的驗(yàn)收。

三、蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用前景

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)的各電力系統(tǒng)的 容量不斷增長(zhǎng) ，電力負(fù)荷的日變動(dòng)量(峰谷差)也在不斷加大。一些水電裝機(jī)比例 小的電網(wǎng)，只能采用既不 經(jīng)濟(jì)，速動(dòng)性又不好的整開(kāi)整?；痣姍C(jī)組的方法彌補(bǔ)調(diào) 峰容量的不足。許多大容量水電機(jī)組 經(jīng)常安排在空載附近旋轉(zhuǎn)備用。眾所周知， 長(zhǎng)期在低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)大型混流式水輪發(fā)電機(jī)組是 很不利的。抽水蓄能機(jī)組可以利 用電網(wǎng)低谷時(shí)的電量揚(yáng)水蓄能，到電網(wǎng)高峰時(shí)放水發(fā)電，起 到最佳的調(diào)峰填谷和 事故備用作用，從而提高電網(wǎng)的可靠性、供電質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。抽水 蓄能電站 的建成對(duì)緩解系統(tǒng)調(diào)峰填谷能力的嚴(yán)重不足起到了極大的作用。但由于抽水蓄能機(jī) 組的轉(zhuǎn)速比較高，所以定子外徑小，軸向高度高，導(dǎo)致定子溫升很不均勻。在負(fù) 荷頻繁變化 狀態(tài)下，絕緣迅速老化，脫殼，絕緣壽命降低，就會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行的 可靠性。采用空冷，電 機(jī)參數(shù)的選用范圍比較小，臨界轉(zhuǎn)速不好定位，設(shè)計(jì)時(shí)若 調(diào)節(jié)不好，容易造成運(yùn)行不穩(wěn)定的 情況。采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)后電機(jī)定子溫升分布 相當(dāng)均勻，而且軸向高度更有利于自循環(huán)蒸 冷系統(tǒng)的循環(huán)，對(duì)冷卻效果起到了更 有利的作用。同時(shí)能夠解決絕緣和臨界轉(zhuǎn)速的問(wèn)題。所 以抽水蓄能電站的建設(shè)和 發(fā)展為蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的應(yīng)用前景。 聯(lián)合循環(huán)用大型火電機(jī)組由于其應(yīng)用環(huán)境的特殊性，要求電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行 安全可靠， 檢修維護(hù)量小。目前，大型汽發(fā)中使用的水氫和雙水內(nèi)冷等冷卻技術(shù) 由于氫氣的易爆性及水 的堵、漏問(wèn)題而不能滿足上述要求?？諝饫鋮s用于聯(lián)合循 環(huán)用大型火電機(jī)組又會(huì)受到容量的 限制。蒸發(fā)冷卻技術(shù)的特點(diǎn)恰能解決上述矛盾 ，所以蒸發(fā)冷卻技術(shù)用于聯(lián)合循環(huán)用大型 火電機(jī)組也有很好的前景。

四、蒸發(fā)冷卻技術(shù)中仍然存在的問(wèn)題

1電機(jī)理論及技術(shù)問(wèn)題 當(dāng)電機(jī)采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)后，由于該技術(shù)的特殊性，將導(dǎo)致一系列電機(jī)理論及 技術(shù)問(wèn)題。

●蒸發(fā)冷卻電機(jī)的電磁計(jì)算和冷卻計(jì)算：電機(jī)采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)后，結(jié)構(gòu)方面有一 定的特 點(diǎn)，所以應(yīng)該結(jié)合蒸冷電機(jī)的結(jié)構(gòu)及冷卻方式的特點(diǎn)，進(jìn)行合理的電磁計(jì) 算和冷卻計(jì)算，提 供完整的電機(jī)初步設(shè)計(jì)方案。

●由于蒸發(fā)冷卻介質(zhì)具有良好的絕緣性，整個(gè)電機(jī)溫度分布均勻，溫升降低。尤其 是汽輪 發(fā)電機(jī)采用浸泡式蒸發(fā)冷卻技術(shù)后，定子繞組本身的絕緣性能要求降低， 所以絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)該 進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)；另外，轉(zhuǎn)子上采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)后，對(duì)軸系 剛性、柔性的影響需重新考查 。這些問(wèn)題的研究都有待于在今后的工作中開(kāi)展和 完善。

●電機(jī)內(nèi)熱場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)及耦合問(wèn)題一直是電機(jī)界的研究熱點(diǎn)。電機(jī)采用蒸發(fā)冷卻技 術(shù)后， 無(wú)論是電廠還是制造廠都迫切的想知道蒸發(fā)冷卻電機(jī)中的熱場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)分 布情況。這就要求 我 們?cè)诮窈蟮难芯抗ぷ髦胁粩嗟靥岣哂?jì)算手段，就上述問(wèn)題給 出規(guī)范和較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。 2兩相流問(wèn)題 蒸發(fā)冷卻電機(jī)中，就其蒸發(fā)冷卻技術(shù)本身而言所要研究的核心課題就是兩相流 問(wèn)題。這其 中包括兩相流動(dòng)和兩相傳熱問(wèn)題。兩相流動(dòng)和兩相傳熱問(wèn)題的解決具 有極大的理論及實(shí)踐應(yīng) 用價(jià)值。但是兩相流動(dòng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，雖然它經(jīng) 常發(fā)生在許多工業(yè)設(shè)備中，如石油 和天然氣的輸送管道、化學(xué)工程中的反應(yīng)器和 蒸發(fā)器、鍋爐的受熱管、沸水原子能反應(yīng)堆以 及各種蒸發(fā)冷卻裝置上，然而對(duì)兩 相流動(dòng)的規(guī)律性認(rèn)識(shí)還相當(dāng)不完善，至今沒(méi)有一整套十分 通用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 電機(jī)蒸發(fā)內(nèi)冷的繞組導(dǎo)體，通常采用矩形內(nèi)孔，定子繞組各部分處于 不同傾斜角 的位置上；轉(zhuǎn)子繞組又是處于離心力場(chǎng)的作用下。因此，靜止或旋轉(zhuǎn)條件下有關(guān) 矩形銅管通道內(nèi)的蒸發(fā)兩相流動(dòng)，無(wú)論是從電機(jī)或從流動(dòng)傳熱學(xué)科來(lái)說(shuō)都是新的課 題，解決 起來(lái)也有相當(dāng)?shù)碾y度。 (1)兩相流動(dòng)問(wèn)題 在兩相流動(dòng)中存在的主要問(wèn)題是兩相壓降和管道過(guò)流斷面在氣液之間的分配。 由于壓降 和斷面分配都與流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，所以流型流態(tài)也成了不可缺少的研究?jī)?nèi) 容。在兩相流動(dòng)中， 同時(shí)流動(dòng)的兩相可能具有不同的幾何結(jié)構(gòu)，這些流動(dòng)的幾何 結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為流型。在不同的流型 中，兩相的相對(duì)速度和流動(dòng)的性質(zhì)會(huì)有較大的差 別。目前關(guān)于兩相流動(dòng)的工程計(jì)算方法， 大多數(shù)不考慮流型之間的差別。但是， 對(duì)于不同的流型，壓降和兩相所占截面份額的計(jì)算公 式，顯然是不應(yīng)該相同的。 兩相壓降中包括兩相重力壓降、加速度壓降、及摩阻壓降。其中兩相摩阻壓降 在總壓降中 占有很大的比例(通常達(dá)到90以上)，所以對(duì)它的計(jì)算準(zhǔn)確性要求比較 高。兩相摩阻壓降的 計(jì)算方法甚多，都屬于半理論半經(jīng)驗(yàn)公式，缺乏通用性，在 特定的兩相循環(huán)系統(tǒng)上使用時(shí)， 均需校核修正。針對(duì)我們目前所研究的水輪發(fā)電 機(jī)上蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用，兩相流阻壓降成 為需要特殊處理的問(wèn)題，必須要針對(duì) 水輪發(fā)電機(jī)上垂直上升管的特定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇使用合適 的兩相流阻計(jì)算公式，并 利用試驗(yàn)所取得的結(jié)果對(duì)公式進(jìn)行定參，從而保證計(jì)算的精確性 。 在自循環(huán)系統(tǒng)中，混合密度的計(jì)算也非常關(guān)鍵，因?yàn)橐_定流動(dòng)壓頭，就必須 知道混合密 度。因?yàn)槠c液同時(shí)流動(dòng)時(shí)，流速不同，存在滑差，所以混合密度的 計(jì)算非常困難。 氣占截面比在兩相流的研究中十分重要，因?yàn)樗c兩相流態(tài)，兩相流阻和兩相 混合比重之 間有密切關(guān)系。對(duì)汽占截面比的計(jì)算大都采用的是在一定假設(shè)條件下 的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式。 要想獲得較為精確的計(jì)算公式，就必須根據(jù)具體對(duì)象，通 過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)決定公式的可用性。 電工所為了研究汽占截面比，采用了一套試驗(yàn) 裝置用X—射線法來(lái)測(cè)量它。目前我們的計(jì)算 是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的。 (2)兩相傳熱的問(wèn)題 圖 2 兩相流體傳熱的研究，如沸騰和凝結(jié)熱交換問(wèn)題，一直受到熱工程界的重視。 因?yàn)樗且?種非常有效的傳熱方式。核反應(yīng)堆、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽鍋爐以及各種 各樣的蒸汽發(fā)生器 和冷凝器，都采用這種傳熱方式將大量的熱有效地傳遞出去。 但是由于兩相流的復(fù)雜性，兩 相傳熱也是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程。尤其是在電機(jī)內(nèi) 部，定子線棒內(nèi)兩相傳熱更為復(fù)雜，因?yàn)?運(yùn)行中的電機(jī)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，它的 損耗分布是隨著運(yùn)行狀態(tài)變化的，損耗在電機(jī)內(nèi)的分 布本身就是一個(gè)很難確定的 問(wèn)題，那么基于損耗分布的傳熱計(jì)算就更為復(fù)雜。蒸發(fā)冷卻定子 線棒是由空心導(dǎo) 線和實(shí)心導(dǎo)線排列組合構(gòu)成的(如圖2)。冷卻介質(zhì)在空心導(dǎo)線吸收損耗產(chǎn)生 的熱量 而汽化形成氣液兩相在空心導(dǎo)體中流動(dòng)，兩相流體在空心導(dǎo)線內(nèi)就要與導(dǎo)線內(nèi)壁發(fā) 生 熱交換，特別是在沿程蒸發(fā)兩相段，空心導(dǎo)線內(nèi)兩相流中蒸汽的含量沿著流體 的流動(dòng)方向不 斷變化，兩相流與空心導(dǎo)線內(nèi)壁的熱交換的成份和熱交換的形式都 在不斷變化，給兩相傳熱的計(jì)算帶來(lái)了極大的困難。同時(shí)由于兩相傳熱的參與使得 定子線棒的導(dǎo)熱也變得相當(dāng)復(fù)雜， 這其中涉及到空心導(dǎo)線內(nèi)兩相流體與空心導(dǎo)線 內(nèi)壁的熱交換，空心導(dǎo)線內(nèi)壁與外壁之間的導(dǎo) 熱，以及空心導(dǎo)線與實(shí)心導(dǎo)線之間 的導(dǎo)熱。要解決這些內(nèi)部傳熱問(wèn)題只能在不失計(jì)算準(zhǔn)確性 的情況下，通過(guò)假設(shè)簡(jiǎn) 化計(jì)算的復(fù)雜性，從而滿足在工程實(shí)際中的應(yīng)用。 六、總結(jié) 蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)，無(wú)論是從其熱學(xué)原理上還是從冷卻系統(tǒng)運(yùn)行 機(jī)制來(lái)講， 它都是一種冷卻效果極為顯著而且運(yùn)行非常安全可靠的冷卻方式。19 99年底在青海李家峽水 電站投入運(yùn)行的440MVA定子自循環(huán)蒸發(fā)冷卻水輪發(fā)電機(jī)已 經(jīng)運(yùn)行一年有余，電站反饋信息表 明，這臺(tái)機(jī)組運(yùn)行非常穩(wěn)定，維護(hù)檢修量與其 他3臺(tái)采用空冷的機(jī)組相比非常少，運(yùn)行安全 可靠。這一事實(shí)更加顯示出蒸發(fā)冷卻 技術(shù)的優(yōu)越性和極大的應(yīng)用前景。但是，蒸發(fā)冷卻技術(shù) 本身還有一些理論問(wèn)題沒(méi) 有得到完善的解決，那么我們就必須遵循從理論研究到實(shí)踐檢驗(yàn)再 回歸到理論研 究這樣一條科學(xué)研究的道路，使這項(xiàng)技術(shù)不斷完善，從而在今后的應(yīng)用中發(fā)揮 更 大的潛能，為我國(guó)的電力事業(yè)作出貢獻(xiàn)。