大型火电机组具有能量转换效率高、系统稳定行好等特点,因而一直是我国发电机组中的主流。汽轮发电机作为火力发电的关键设备,其单机容量的增大能使单位容量成本降低、材料消耗减小。而与单机容量的提升相伴随的是过高的电磁负荷与热负荷,这将导致电机温升的大幅增加,因此汽轮发电机容量的提升有赖于合理的冷却结构设计。空冷系统凭借其结构简单、运行维护方便、安全可靠性高等特点,一直在我国汽轮发电机产业中占据主导地位。因此,研究空冷汽轮发电机的通风结构,分析电机内流体场流动特性对提高空冷汽轮发电机冷却效果和更大容量电机设计具有重要意义。首先,本文以一台350MW空冷汽轮发电机作为研究对象,根据其内部通风结构特点,对其全空冷、自通风的通风冷却系统进行了重点介绍。详细介绍了电机定子、转子以及端部等局部流域内冷却介质的运行路径。根据其物理结构特征,合理选取电机计算求解域。其次,在给出相应的求解条件的基础上,采用有限体积法对电机稳态运行时空冷系统的三维流体场进行数值研究。在验证流体场数值研究正确的前提下,分别对发电机定转子径向通风道以及转子副槽等空间内流体场冷却介质的流量以及速度等流体参数进行了分析,揭示了大型空冷汽轮发电机多风区通风系统内的流型演变规律。最后,为了研究大功率空冷汽轮发电机转子不同端部结构对转子域内流量分配及流体流动形态的影响,在原始通风结构的基础上,对电机转子端部结构提出增加挡板和增加转子小风扇两种优化方案。将电机整体各风区的风量分配作为计算准确性的考核依据,对比分析了转子不同端部结构对转子各轴、径向风道内流体流量、流速空间分布特性的影响。通过对大型空冷汽轮发电机多风路通风冷却系统进行数值仿真计算及结构优化,所得研究结果为大型发电机通风冷却系统的设计以及性能优化提供了理论参考。