船用发电机多物理场耦合数值分析

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1、学校代码：10289分类号：TM31密级：公开学号：102010048江苏科技大学硕士学位论文船用发电机多物理场耦合数值分析研究生姓名刘飞导师姓名姚寿广教授申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业轮机工程论文提交日期2013年01月04日研究方向轮机设备与系统的设计、仿论文答辩日期2013年03月12日真与控制和性能优化答辩委员会主席苏石川教授评阅人2013年03月20日分类号：TM31密级：公开学号：102010048工学硕士学位论文船用发电机多物理场耦合数值分析学生姓名刘飞指导教师姚寿广教授江

2、苏科技大学二O一三年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringCouplednumericalanalysisofmultiplephysicalfieldofmarinegeneratorSubmittedbyNameLiufeiSupervisedbyProfessorNameYaoShouguangJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMarch

3、,2013江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本

4、人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要电机内的多物理场是具有相互耦合关系的综合物理场，因此只有采用耦合场的分析方法才能进行更加准确的分析。由于电机结构的复杂，以往的多数研究中，多是把船用发电机的定子与转子部分分开进行计算，本文同时考虑了船用发电机的定子、转子及流场流道，并单独对气隙建立模型，作为流场

5、流道的一部分，与发电机固体部件表面发生对流换热，进而冷却电机。利用经验公式法计算热源，选择直接耦合分析方法，进行船用发电机内部流固热耦合数值分析；在此基础上建立发电机电磁-温度的耦合分析模型，使用顺序耦合分析方法，把电磁场分析结果直接加载到温度场的分析中，完成耦合分析。首先根据电磁学理论，分别使用传统计算方法与数值方法分析了船用发电机的电磁场，得到发电机电磁场的一些电磁参数，如磁通密度值，磁场强度值等，为下一步的耦合场分析奠定基础。然后依据流体力学理论与传热学理论，建立控制方程，确定耦合分析的边界条件，剖分耦

6、合模型，选择求解器，完成船用发电机的流固热耦合分析。最后，由于船用发电机流固热耦合分析中发热部件的热源是使用集总参数法计算的平均热源，在一定程度上造成结果的不精确，因此，依据计算电磁学与数值传热学理论，建立发电机电磁-温度耦合分析的模型，剖分耦合模型，确定耦合边界条件，把电磁场计算结果直接以生热率的形式加载到温度场的分析中作为热源，选择求解器，完成电机的电磁-温度耦合分析。从分析中得到以下结果：从电磁场的分析中，得到船用发电机的磁通密度分布图，磁场强度分布图，清晰的看出发电机的磁回路情况与电磁参数值；从流固热

7、耦合分析中，得到发电机流场的空气流速分布值，压力分布值，以及热交换后空气的温度值，同样也得到了发电机固体发热部件的温度分布值，方便的观察到发电机温度最高点区域。从电磁-温度耦合分析中同样得到了一些船用发电机的电磁参数及发电机固体部件的温度分布情况。计算结果表明：对定子与转子、流道同时建模，进行耦合求解，计算结果更加清晰明了，直观的反应出两者之间的导热情况；进行电磁-温度的耦合求解，发电机固体部件的温度梯度变化更加明显，很清晰的反映出发电机固体部件的温度分布。通过对船用发电机的电磁场、流场与温度场的耦合情况研究

8、，得到了表征三个物理场特性的重要参数值，总结了船用发电机内部物理场相互耦合关系的特征及规律，为船用发电机强化传热技术的深入研究及结构的优化设计提供了理论依据。关键词：船用发电机；物理场；耦合分析I江苏科技大学工学硕士学位论文AbstractAbstractThemultiplephysicalfieldofgeneratorisacomprehensivephysicalfield,andthere