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发电机的蒸发冷却技术具有安全、可靠、冷却效果好、维护简单等优点，现已广受业界重视，其中水轮发电机的蒸发冷却技术已趋于成熟，将用于三峡的两台机组上，但汽轮发电机的蒸发冷却技术还有一些问题需要解决。汽轮发电机定子蒸发内冷系统的工作压力较高，目前还没有令人满意的计算方法可以预测冷却系统的流动阻力，而冷却介质的流动阻力决定了泵的选择，若二者匹配不当则可能出现流动波动、循环中断、导线过热甚至电机毁坏等事故，所以必须确定空心导线内冷却介质的流动阻力，保证冷却系统的稳定循环。本文的研究重点是空心导线内水平两相流动的摩擦阻力，因为两相流的摩擦阻力与流型密切相关，所以同时对水平两相流的流型过渡进行了研究。
本文改进和完善了以CFC113为冷却介质的两相流水平强迫循环实验装置及数据采集系统，在0.1MPa～0.25MPa的压力范围和1.72g/s～19.78g/s的流量范围内对水平两相流动的流型过渡、流动摩擦阻力进行了研究。流型过渡的研究结果表明，Weisman计算方法误差最大，变化趋势不符合实际情况；Taitel & Dukler计算结果与实验数据的变化趋势相同，但误差很大；Barnea方法的计算准确度较好。本文以Barnea方法为基础，考虑了影响流型过渡的汽液两相几何结构特点、流体物性等诸多因素，得到了满足蒸发冷却条件的流型过渡修正关系式，可用于预测定子空心导线内两相流动的流型过渡。两相流动摩擦阻力的研究结果表明，两相流的摩擦压降会随着流体干度的增加而增大，流量越大，摩擦压降越大，而随着工作压力增大，摩擦压降逐渐降低。几种常用的摩擦压降计算方法中，Friedel方法预测结果偏低，Chisholm-B方法预测结果偏高，均相方法不符合汽液分相的实际情况，所以都不能直接应用。本文在实验的基础上对L-M-N方法中的摩擦因子φ<,L>进行了修正，得到了不考虑流型影响和考虑流型影响这两种情况下的修正关系式：L-M-N方法和L-M-N2方法。这两种修正方法分析了流体干度x、质量流速G、工作压力、介质物性等因素的影响，并用对比压力p<,r>，代替了物性参数的计算，可用于物性参数不全的卤代烃类冷却介质，利于蒸发冷却介质的环保替代。蒸发冷却条件下，L-M-N1方法的平均误差为8％，L-M-N2方法的平均误差为14％，可用于蒸发冷却系统的设计计算。
用修正计算方法预测实际汽轮发电机定子蒸发冷却系统的运行工况，发现目前的冷却系统没有发挥出汽化潜热的优势，基本为单相液态流动，而且需要的循环驱动力大，流体流动速度较大。本文根据修正计算方法，得到空心导线的压降一流量特性曲线，为选择循环泵提供参考，并提出减小循环流量、增大空心导线内孔截面积的优化措施。减小循环流量、增大空心导线内孔截面积可以减小流动阻力、发挥蒸发冷却方式的优点，提高冷却系统的循环性能。