基于2D-3D电磁场-路耦合新计算方法的百万千瓦级半速汽轮发电机端部区域多物理场研究

为提升百万千瓦级核电半速汽轮发电机端部电磁场与损耗计算精度，提出一种新型2D-3D电磁场-路耦合计算方法。通过磁场储能法与解析法获取定子端部漏抗，并将其引入外电路，实现二维瞬态场、三维端部场与电路的耦合求解。综合考虑转子旋转、材料非线性及实际结构尺寸，分析端部电磁场、磁密与涡流密度分布，确定端部构件损耗。建立三维流固耦合模型，以计算损耗为热源，流体网络边界条件为约束，求解端部温度与流场分布，并与实测结果对比，验证了该方法的可行性与准确性。

核能相对于传统火电具有更加广阔的应用前景,发展高效安全的核电半速汽轮发电机是核电技术发展的关键.作为电力系统的核心装备,随着百万千瓦级核电半速汽轮发电机单机容量的不断提高,其端部区域损耗和发热问题日趋严重.为了提高核电半速汽轮发电机端部电磁场和损耗的计算精度,提出一种2D-3D电磁场-路耦合新计算方法,研究1407 MV·A核电半速汽轮发电机端部区域内电磁场和端部构件损耗的分布规律,采用磁场储能法和解析法计算得到定子端部漏抗,将定子端部漏抗应用于核电半速汽轮发电机外电路中,对二维瞬态电磁场、三维端部瞬态电磁场以及负载外电路进行了耦合计算,考虑转子旋转、材料特性以及复杂端部构件实际尺寸等因素,研究核电半速汽轮发电机端部电磁场、端部构件磁密和涡流密度的分布情况,确定核电半速汽轮发电机端部构件的损耗.建立了核电半速汽轮发电机三维端部区域流固耦合模型,将新计算方法得到的端部结构件损耗值作为热源,流体网络计算得到端部区域入口速度和出口压力值作为边界条件,计算得到端部区域内复杂流体流动和端部构件温度的分布规律,并与实测值进行对比,验证了所提计算方法的可行性.