蒸发冷却技术利用介质流动沸腾换热的方式对电机进行冷却，与传统电机冷却方式相比，在安全性、可靠性、冷却效果、运作维护等方面具有突出的优势，颇具发展前景。蒸发冷却技术在水轮发电机方面的应用研究已日益成熟，成功典例较多，而在汽轮发电机方面的应用还存在一些问题尚待解决。汽轮发电机定子空心导线较长，管径较小，介质在其中的流动阻力较大，因而采用强迫循环方式，以泵作为系统的驱动力。介质在空心导线内的流态为气液两相流动，而两相摩擦阻力的研究一直是蒸发冷却技术研究的核心问题之一。能否对电机空心导线中的两相压降进行准确的预算，关系到蒸发冷却系统能否合理循环，是系统实际正常运行的理论保证，对两相压降的准确预算结果可对实际应用起到有效的指导作用。两相流阻力变化复杂，因而在运行中可能会产生一定的不稳定性，这对蒸发冷却系统的实际运行是不利的，然而在以往的蒸发冷却研究中，还没有对这方面展开具体的实验和理论研究。本文依据300MW汽轮发电机定子蒸发内冷系统实际运行工况，对电机空心导线内的两相流摩擦压降及不稳定性进行了实验与理论研究。　　 本文设计并搭建了水平两相流摩擦压降研究实验台、具有高差的三根水平并联空心导线内两相流不稳定性研究实验台，并开发了实验采集系统，以R113为实验冷却介质进行了两相流摩擦压降和不稳定性实验研究与理论分析；对300MW汽轮发电机定子蒸发内冷系统工作特性的进行了实验与模拟研究；利用热力学第二定律对强迫蒸发冷却循环的热力过程进行了分析。　　 两相摩擦压降研究结果表明，使用本文所提出的流量当量直径，对空心导线进行单相阻力计算精度高于使用水力直径的计算结果；相同条件下，矩形空心导线内的两相摩擦阻力要大于与其流量当量直径相等的圆管内的两相摩擦阻力；均相模型、L—M—N、Chisholm—B、Friedel等经验算法不能对空心导线内的两相摩擦压降进行较准确的预测；修正后的Chisholm—B算法计算结果与实验数据的平均相对误差小于8％。　　 具有高差的三根水平并联空心导线内两相流不稳定性研究结果表明，对于300MW汽轮发电机定子蒸发内冷系统，实际工况下空心导线内的两相流动不会出现密度波不稳定性；对于静态不稳定性来说，只要在起初设计时，注意泵的压头一流量曲线与管路阻力特性曲线的流量匹配问题即可避免。　　 汽轮发电机定子蒸发内冷系统工作特性研究结果表明，热负荷增加时，空心导线内总压降变化曲线的峰值和谷值都向着流量增大的方向偏移，曲线变化趋于平缓；随着流量的减小或者热负荷的增加，蒸发点温度、介质出口温度、壁温最高点皆升高，且温度分布均匀性降低；空心导线内过冷沸腾段相对较长，不可轻易忽略；进口温度的升高，可使相变换热优势增强，且不会对温度分布均匀性造成不利影响；出口压力的升高使两相段变短，削弱了相变换热比例，但同时又使过冷沸腾段增长，增强了相变换热比例。　　 汽轮发电机定子蒸发内冷系统的热力过程分析结果表明，强迫蒸发冷却循环实质为只有泵功输入，无有用功输出的蒸汽动力循环，其不可逆性受到热源温度、泵功、系统与热源和冷源之间的传热温差以及介质两相流动特点等多方面因素的影响；实际循环驱动力应为泵功和自身产生有用功之和；两相换热段越长，越能使蒸发冷却循环的热力性能得到提高。