為了對(duì)風(fēng)冷無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)換熱過(guò)程進(jìn)行研究，首先測(cè)量了靜盤(pán)換熱區(qū)域多個(gè)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(dòng)，分別用全部溫度數(shù)據(jù)線性擬合和用過(guò)內(nèi)端溫度點(diǎn)的線性擬合兩種方式進(jìn)行處理，計(jì)算結(jié)果表明，后者的排氣溫度計(jì)算值及變化趨勢(shì)與測(cè)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(guò)程換熱計(jì)算，其中特征長(zhǎng)度為渦旋齒內(nèi)壁長(zhǎng)度，計(jì)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(guò)程略有不同，對(duì)壓縮過(guò)程氣體溫度和壓力的變化過(guò)程進(jìn)行了分析。

　　渦旋壓縮機(jī)具有壽命長(zhǎng)、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，以制冷劑為壓縮介質(zhì)的空調(diào)渦旋壓縮機(jī)或噴水渦旋空氣壓縮機(jī)熱力學(xué)過(guò)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(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)用于需要清潔氣源的場(chǎng)合，目前相關(guān)的研究還不夠深入，缺乏對(duì)其換熱過(guò)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(duì)無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算，趙遠(yuǎn)揚(yáng)測(cè)試了不同冷卻風(fēng)量時(shí)無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)的排氣溫度變化，梁高林研究了雙渦圈無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)泄漏線長(zhǎng)度隨轉(zhuǎn)角的變化。

　　空氣的比熱容較小，無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)工作過(guò)程中溫度較高，熱變形較為嚴(yán)重，為了降低對(duì)渦旋齒強(qiáng)度的要求，黃英等通過(guò)結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)降低了真空泵壓縮過(guò)程中的溫度。無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)常用外部風(fēng)冷散熱的方式降低結(jié)構(gòu)溫度，渦旋盤(pán)的溫度分布與其他渦旋壓縮機(jī)有較大的不同，本文通過(guò)測(cè)量風(fēng)冷無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)渦旋齒上多個(gè)位置的溫度，研究了風(fēng)冷無(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)渦旋盤(pán)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(jì)算結(jié)果帶來(lái)的影響。把應(yīng)用范圍更廣、計(jì)算精度更高的Gnielinski 換熱系數(shù)準(zhǔn)則式用于空氣壓縮過(guò)程的換熱計(jì)算，其中管長(zhǎng)取渦旋齒內(nèi)壁長(zhǎng)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(duì)比。

1、渦旋壓縮機(jī)容腔及排氣過(guò)程

　　渦旋壓縮機(jī)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(dòng)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(guò)程的壓力損失，排氣孔開(kāi)設(shè)較大，主軸轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)程并不同步。

圖1 渦旋壓縮機(jī)幾何容腔　　圖2 排氣面積

2、渦旋齒溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)處理

　　從渦旋齒外端，每π 展角鉆一個(gè)測(cè)溫孔，用Pt100 熱電阻測(cè)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(shí)，額定轉(zhuǎn)速2900 r /min下的測(cè)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�？梢钥闯鰪凝X根到齒頂，溫度與高度基本呈線性關(guān)系，沿渦旋齒展開(kāi)方向，與展角基本上也呈線性關(guān)系，換熱計(jì)算時(shí)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(cè)量點(diǎn)的平均溫度作為它們之間底面的溫度。

　　線性擬合時(shí)通常用最小二乘法對(duì)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，考慮到渦旋線內(nèi)端溫度對(duì)排氣溫度有直接的影響，強(qiáng)調(diào)內(nèi)端溫度影響時(shí)，須使用過(guò)渦旋齒內(nèi)端的最小二乘法對(duì)其余的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，兩種線性擬合的結(jié)果如圖4(a) 所示。

　　動(dòng)靜盤(pán)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(jì)算時(shí)，假設(shè)動(dòng)盤(pán)渦旋齒溫度分布與靜盤(pán)相同。

圖3 測(cè)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(wú)油渦旋空氣壓縮機(jī)的渦旋齒溫度測(cè)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(guò)程有所波動(dòng)，渦旋齒內(nèi)端溫度對(duì)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(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果吻合較好。特征長(zhǎng)度為渦旋齒內(nèi)壁長(zhǎng)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(jì)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(guò)渡流也可用于湍流，且計(jì)算精度高，在渦旋壓縮機(jī)換熱計(jì)算時(shí)，可廣泛使用。

　　吸氣階段結(jié)束到壓縮階段的起始這一時(shí)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(dòng)靜盤(pán)底面放熱，被其他壁面加熱。