為了對風冷無油渦旋空氣壓縮機換熱過程進行研究，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行處理，計算結果表明，后者的排氣溫度計算值及變化趨勢與測量結果更加吻合。把應用范圍更廣、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的空調渦旋壓縮機或噴水渦旋空氣壓縮機熱力學過程已經(jīng)有了較多的研究，純粹以空氣為壓縮介質的風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過程進行了計算，趙遠揚測試了不同冷卻風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，熱變形較為嚴重，為了降低對渦旋齒強度的要求，黃英等通過結構上的改進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冷散熱的方式降低結構溫度，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)的處理給熱力學計算結果帶來的影響。把應用范圍更廣、計算精度更高的Gnielinski 換熱系數(shù)準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)準則式進行了對比。

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，按照相互轉換關系，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，主軸每轉動一周，各容腔依次向下轉化，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，排氣孔開設較大，主軸轉過一定角度后，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 熱電阻測量不同轉速下渦旋齒的溫度分布，如圖3 所示。當吸氣壓力為0.108 MPa，吸氣溫度為20℃，排氣壓力為0.8 MPa 時，額定轉速2900 r /min下的測量結果如圖4 所示，其它轉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系，沿渦旋齒展開方向，與展角基本上也呈線性關系，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)點進行擬合，兩種線性擬合的結果如圖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、結論

　　風冷無油渦旋空氣壓縮機的渦旋齒溫度測量結果表明，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，計算結果與測量結果吻合較好。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。