摘要
摘要
随着风力发电行业的不断发展，风力发电机组单机容量在不断增加，机舱
内部元件的发热量也在不断增加，传统的冷却方式已经不能满足现在的大容量
风力发电机的散热要求。本文基于兆瓦级海上风力发电机组，为满足散热需求，
分别给机舱内部两个主要的发热元件齿轮箱和发电机加装冷却器。通过计算流
体力学方法，仿真计算了冷却器安装的不同方案，和进风口与排风口不同的位
置分布方案对机舱内部三维流场的影响，最后得到了机舱内部三维流场分布最
合理的设计方案。同时，研究了进风口空气温度与空气流速对机舱内部温度场
和流场的影响。
本文共设计了三种不同的冷却器安装方案。通过对比机舱内部三维流场，
发现将齿轮箱冷却器安装在进风口一侧，将发电机冷却器安装在排风口一侧的
方案机舱内部空气流速最高，速度分布较为均匀，流场最为合理。
根据进风口和排风口在机舱壁面排布位置的不同，设计了三种不同的排布
方式。根据相对位置的不同，设计了21种不同的进风口和排风口的位置设计方
案。通过对机舱三维流场进行数值仿真，发现将进风口布置在机舱底面，中心
点距机舱底面中心点1.5m，排风口布置在机舱侧面，中心点到机舱底面中心点
在z轴方向上的距离为2.3m的设计方案，机舱内部平均速度最高，主流区域扩
散的范围恰好可以覆盖主动链结构，在主动链周围流场速度最高，并且速度分
布均匀，流场最为合理。
为了得到外界因素对机舱内部流动与散热的影响，对不同的进风口空气温
度与空气流速下机舱内部温度场和流场进行了仿真计算。研究发现，进风口空
气温度的增加主要影响机舱内部整体温度大小，对机舱内部的温度场分布特征
影响较小。随着进风口空气温度的不断升高，机舱内部温度场越来越均匀，强
迫风冷实现的散热量越来越少。进风口空气流速的增加主要影响机舱内部整体
流场的速度大小，对机舱内部的速度分布特征影响较小。随着进风口空气速度
的增加，机舱强迫风冷的散热效率在不断的升高，两者大致呈现线性关系。
关键词:风力发电机结构设计；计算流体力学；有限体积法；机舱流场；空
气流速
-I-
Abstract
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofthewindpowerindustry,thestand-alone
capacityofwindturbinesisincreasing,andtheheatgenerationoftheinternal
componentsofthenacelleisalsoincreasing,andthetraditionalcoolingmethodcan
nolongermeettheheatdissipationrequirementsofthecurrentlarge-capacitywind
turbines.Basedonthemegawatt-classoffshorewindturbine,inordertomeetthe
heatdissipationrequirements,thetwomainheatingelementgearboxesand
generatorsinthenacellearerespectivelyequippedwithcoolers.Throughthe
computationalfluiddynamicsmethod,theinfluenceofdifferentschemesofcooler
installationanddifferentpositiondistributionsc