高温气冷堆由于其安全性好、温度高、用途广等特点,已成为今世界第四代核能发电系统的首选堆型之一,其中高温气冷堆氦气驱动电机是反应堆一回路中唯一的能动部件,保证其在高压氦气环境中的正常运行关系到整个反应堆的安全与稳定。因此,掌握驱动电机在高压氦气环境下全空间的热交换机理与规律是我国高温气冷堆核电站开发亟待解决的关键问题之一。本文以高温气冷堆氦气驱动电机为研究对象,对其腔内流体流动规律及换热过程,通风系统内风摩损耗计算和氦气环境对电机内热交换影响因素等热问题进行了研究。为研究高温气冷堆氦气驱动电机换热过程,本文从流体网络理论出发,建立了驱动电机轴-径向混合风路通风系统的流体网路模型,得到了驱动电机内部各等效节点处的流量和流速的分布。以流体网络法得出的相关参数作为边界条件,基于有限元法对简化后的驱动电机三维流体与传热耦合求解模型进行精确求解,确定了高温气冷堆氦气驱动电机求解域内高压氦气的流动形态,揭示了驱动电机内各部件的温度分布规律。通过比较定子绕组绝缘间仿真温度结果与实验监测结果,验证了边界条件和简化模型的准确性。在氦气换热机理与流动形态规律研究的基础上,对高温气冷堆氦气驱动电机定子侧的风摩损耗进行了详细计算和分析。提出了一种基于伯努利流体流动方程计算总能量变化的风摩损耗计算方法,该方法考虑了流体速度、温度和风摩损耗之间的关系,相比传统解析法更为精确地得到了驱动电机定子侧冷却结构中每一流道的风摩损耗数值。通过对比分析氦气环境和流道结构变化对通风冷却系统中风摩损耗的影响程度,揭示了在不同影响因素下的风摩损耗分布规律。该方法可以对具有复杂风路结构电机内的风摩损耗进行精确计算,通过分析风摩损耗的分布形态,为电机结构改进优选提供理论参考。基于高压氦气环境下的驱动电机风摩损耗计算结果以及流-热耦合模型分析结果,结合电机对冷却介质的需求以及氦气在不同环境下的热物性变化,综合考虑驱动电机风摩损耗、风机侧热量的导入以及工作腔热交换系统的作用,对驱动电机定、转子等主要结构件及工作腔区域的氦气流体形态和温度分布规律进行了深入研究。揭示了电机温度场随流入的氦气温度、氦气压力环境以及风机腔侧热量导入变化的分布规律,从而确定了高压氦气环境对驱动电机温度分布的影响因素。针对驱动电机结构特点,以通风系统中风路的尺寸和排列方式为变量,通过对比不同结构方案下的电机各部件温度分布和温度限值,深入研究了驱动电机通风冷却结构与电机温度分布之间的匹配关系,分析了不同通风结构下驱动电机的温度分布和传热能力变化规律,参数优选后得到了可以有效降低电机温升的结构方案。与此同时,考虑到驱动电机实际运行时的安全问题,提出对所得的改进结构进行强度校核,通过分析转子侧铁心以及通风槽钢的Mises等效应力分布,对比不同方案下各部件的最大Mises等效应力值,最终确定了可以保证电机安全稳定运行的通风结构设计方案,从而为工程样机的改进设计提供参考。