系统中总阻力损失prl的计算循环回路中的阻力损失包括单相流动阻力和两相流动阻力,其中两相流动阻力占的比例比较大,所以它对计算结果的影响也比较大。然而两相流阻的准确计算却存在着困难,目前工程上通常采用的公式为ptpf=Kp0式中:ptpf为两相流阻;p0为两相段的全液相单相流阻;K为两相流阻放大倍数。
整个冷却回路总阻力损失用上述方法可表达为prl=p0sp+ptpbs+ptpas=p0sp+K1p0bs+K2p0as式中:K1和K2分别为沸腾两相段和绝热两相段的流阻放大倍数;p0为单相液体的沿程和局部摩擦阻力。
对于放大倍数K的计算方法有很多,但其应用都有一定的局限性,而且计算关系式多是在圆形内实验基础上整理出来的,应用于矩形空心导线蒸发冷却回路中,必然会产生很大误差,为此对放大倍数的计算方法进行二次修正,致使计算更为复杂。
由于pp和prl的计算中都存在误差,造成计算中很难使pp=prl成立。从循环原理上讲,在任何一个负荷下,一个稳定的工作状态要求系统流动压头与流道中总的阻力损失相等,但仅从计算的角度讲,对pp=prl进行等价变形不会影响计算的结果,变形推导过程如下:p=prl,即lgH-cmbsgh1-cmasgh2=p0sp+K1p0bs+K2p0as移项可得lgH=p0sp+K1p0bs+K2p0as+cmbsgh1+cmasgh2=p0sps+Kp0bs+as上式右边第二项为两相段流体流动的总压降,其中K为总压降与两相段全液相单相流动阻力之间的放大倍数。可见,平衡状态的求解过程变得十分简单,而且除了K以外,上式中其余各项均可准确计算。通过上述等效变形,合理回避了对汽占截面比和两相流动摩擦阻力的计算,大大减少了误差来源。只要能够准确找到K的函数关系,任一负荷下的平衡状态就可以确定。根据可能影响放大倍数的各个物理量,假设K的函数关系为K=f(Xe,l,g,l,g,Dh,A,a,b)式中:Xe为空心导线的出口干度;l和g为介质液相和汽相的密度;l和g为介质液相和汽相的动力粘度;Dh为矩形管道的水力直径;A为矩形空心导线内孔的过流截面积;a和b为矩形空心导线内孔的高和宽。
实验模型及测量仪器模型实验平台的结构,被研究的对象为内孔尺寸2mm6.7mm的矩形空心导线和内孔尺寸2.5mm9.6mm的矩形空心导线,标记为B和D.实验仪器包括压力传感器、热电偶、流量桶和常开电磁阀以及显示温度分布的数据采集和显示仪。
实验过程CFC-113作为实验的冷却介质,其特性与已用于真实电机的环保型冷却介质相似,而且价格较低,易于获得。在未加负荷的情况下先灌入冷却介质,灌液的高度设定在与空心导线出口相同。针对每个选定的实验电流负荷值,进行如下测量:①关闭冷凝器出液口的常开电磁阀,在一段时间内测量流量桶中冷却介质的平均流量;②通过温度的数据采集系统记录空心导线壁面的温度分布;③逐点记录空心导线上11个压力传感器的输出电信号值;④记录冷凝器的压力。
实验关联式的建立通过对实验结果的分析,确定了两相压降的放大倍数的数学模型,它是由可能影响放大倍数的各个参数构成的无量纲变量组成的函数,具体表达形式如下:K=a0+a1Xe+a2X2e+a3D2hA+a4ab=a0+4i=1aiti根据实验数据用最小二乘法确定系数ai确定两相段压降放大倍数表达式为K=201.44+153.56Xe-97.96X2e-80.32D2hA-426.45ab实验关联式的计算结果与实验结果的比较将实验关联式分别用于矩形空心导线B和D,得到两相段总压力降放大倍数的计算值,计算结果与实验结果的相对误差在80以内,如和5所示。
因为根据对两种管径矩形管极限负荷的研究,可知:2mm6.7mm的方管用于400MW500MW级的水轮发电机能够满足冷却的需要,而对于类似三峡的700MW级的大型水轮发电机,2.5mm9.6mm的矩形空心导线的冷却能力完全符合使用要求。这两种尺寸的矩形空心导线用于上述容量等级的水轮发电机都还有较大的余量,可以满足峰水期电机超发的需要,所以这两种管的实验研究结果具有一定的通用性。两相段压力降放大倍数实验关联式的建立,既简化了循环系统的工程计算,又合理地回避了对汽占截面比和两相摩擦阻力的分段计算,从而大大减少了误差来源,提高了计算的可靠性。实验关联式的计算结果能较好地与实验结果吻合,说明对关联式数学模型的假设是正确的,该实验关联式完全能够用于水轮发电机定子绕组蒸发冷却系统的循环计算。