為了對風(fēng)冷無油渦旋空氣壓縮機換熱過程進(jìn)行研究，首先測量了靜盤換熱區(qū)域多個位置的溫度，溫度沿展角和高度方向總體上呈線性變化，受冷卻風(fēng)的影響，線性分布有所波動，分別用全部溫度數(shù)據(jù)線性擬合和用過內(nèi)端溫度點的線性擬合兩種方式進(jìn)行處理，計算結(jié)果表明，后者的排氣溫度計算值及變化趨勢與測量結(jié)果更加吻合。把應(yīng)用范圍更廣、精度更高的Gnielinski 公式用于空氣壓縮過程換熱計算，其中特征長度為渦旋齒內(nèi)壁長度，計算結(jié)果與以往研究中常用的Dittus-Boelter公式基本完全一致，僅換熱系數(shù)變化過程略有不同，對壓縮過程氣體溫度和壓力的變化過程進(jìn)行了分析。

　　渦旋壓縮機具有壽命長、運行平穩(wěn)、效率高的優(yōu)點，以制冷劑為壓縮介質(zhì)的空調(diào)渦旋壓縮機或噴水渦旋空氣壓縮機熱力學(xué)過程已經(jīng)有了較多的研究，純粹以空氣為壓縮介質(zhì)的風(fēng)冷無油渦旋空氣壓縮機用于需要清潔氣源的場合，目前相關(guān)的研究還不夠深入，缺乏對其換熱過程的研究，B. Blunier和房師毅在忽略壓縮氣體與壁面熱交換的情況下，對無油渦旋空氣壓縮機熱力學(xué)過程進(jìn)行了計算，趙遠(yuǎn)揚測試了不同冷卻風(fēng)量時無油渦旋空氣壓縮機的排氣溫度變化，梁高林研究了雙渦圈無油渦旋空氣壓縮機泄漏線長度隨轉(zhuǎn)角的變化。

　　空氣的比熱容較小，無油渦旋空氣壓縮機工作過程中溫度較高，熱變形較為嚴(yán)重，為了降低對渦旋齒強度的要求，黃英等通過結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)降低了真空泵壓縮過程中的溫度。無油渦旋空氣壓縮機常用外部風(fēng)冷散熱的方式降低結(jié)構(gòu)溫度，渦旋盤的溫度分布與其他渦旋壓縮機有較大的不同，本文通過測量風(fēng)冷無油渦旋空氣壓縮機渦旋齒上多個位置的溫度，研究了風(fēng)冷無油渦旋空氣壓縮機渦旋盤換熱區(qū)域的溫度分布規(guī)律，以及渦旋齒溫度數(shù)據(jù)的處理給熱力學(xué)計算結(jié)果帶來的影響。把應(yīng)用范圍更廣、計算精度更高的Gnielinski 換熱系數(shù)準(zhǔn)則式用于空氣壓縮過程的換熱計算，其中管長取渦旋齒內(nèi)壁長度，并與以往研究中常用的Dittus-Boelter換熱系數(shù)準(zhǔn)則式進(jìn)行了對比。

1、渦旋壓縮機容腔及排氣過程

　　渦旋壓縮機容腔的軸向投影如圖1 所示，按照相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，分為R-容腔和L-容腔，即吸氣腔LS、RS，第3 壓縮腔LC3、RC3，第2 壓縮腔LC2、RC2，第1壓縮腔LC1、RC1，排氣腔LD、RD，主軸每轉(zhuǎn)動一周，各容腔依次向下轉(zhuǎn)化，排氣腔消失。

　　為了保證高壓氣體順利排出，減少排氣過程的壓力損失，排氣孔開設(shè)較大，主軸轉(zhuǎn)過一定角度后，排氣孔分別與LC1、LD、RD 相通，各容腔排氣面積如圖2 所示，R-容腔和L-容腔的排氣過程并不同步。

圖1 渦旋壓縮機幾何容腔　　圖2 排氣面積

2、渦旋齒溫度測量和數(shù)據(jù)處理

　　從渦旋齒外端，每π 展角鉆一個測溫孔，用Pt100 熱電阻測量不同轉(zhuǎn)速下渦旋齒的溫度分布，如圖3 所示。當(dāng)吸氣壓力為0.108 MPa，吸氣溫度為20℃，排氣壓力為0.8 MPa 時，額定轉(zhuǎn)速2900 r /min下的測量結(jié)果如圖4 所示，其它轉(zhuǎn)速下也有著相似的分布規(guī)律。可以看出從齒根到齒頂，溫度與高度基本呈線性關(guān)系，沿渦旋齒展開方向，與展角基本上也呈線性關(guān)系，換熱計算時可取中間齒高位置的溫度作為渦旋齒溫度，齒根位置相鄰兩測量點的平均溫度作為它們之間底面的溫度。

　　線性擬合時通常用最小二乘法對所有數(shù)據(jù)點進(jìn)行計算，考慮到渦旋線內(nèi)端溫度對排氣溫度有直接的影響，強調(diào)內(nèi)端溫度影響時，須使用過渦旋齒內(nèi)端的最小二乘法對其余的數(shù)據(jù)點進(jìn)行擬合，兩種線性擬合的結(jié)果如圖4(a) 所示。

　　動靜盤壓縮區(qū)域形狀、外部散熱片形狀和換熱面積基本一致，換熱計算時，假設(shè)動盤渦旋齒溫度分布與靜盤相同。

圖3 測溫位置及熱電阻Pt100 的安裝方式

圖4 渦旋齒溫度分布及線性擬合

6、結(jié)論

　　風(fēng)冷無油渦旋空氣壓縮機的渦旋齒溫度測量結(jié)果表明，軸向溫差較大，沿展角、高度方向總體上呈線性分布，沿展角的變化過程有所波動，渦旋齒內(nèi)端溫度對排氣溫度影響較大，使用保留渦旋齒內(nèi)端溫度的線性擬合方式，計算結(jié)果與測量結(jié)果吻合較好。特征長度為渦旋齒內(nèi)壁長度的情況下，Gnielinski公式和以往研究中使用的Dittus-Boelter 公式的換熱計算結(jié)果基本完全一致，僅換熱系數(shù)略有不同，由于Gnielinski 公式既可用于過渡流也可用于湍流，且計算精度高，在渦旋壓縮機換熱計算時，可廣泛使用。

　　吸氣階段結(jié)束到壓縮階段的起始這一時間段內(nèi)，氣體由向壁面吸熱轉(zhuǎn)變?yōu)榉艧帷Ｅ艢怆A段，LD、RD容腔內(nèi)的氣體向動靜盤底面放熱，被其他壁面加熱。