文章编号:1()04-132X(2002)19—1637—04热传导在机械节能上的应用冯家璇关培声岑振辉萧邦泰单海弘孙宏德摘要：对热传导涂料应用在单级往复式压缩机上改善等热效率进行了初步研究。对压缩机不同散热措施的测试发现，强制热对流的效率只有轻微改善，但对于用增加热传导涂料的实验中，发现空气质量流量增加了15%,等热效率从62.7%提高至68.1%。增加热传导涂料的方法可应用于已安装的设备上而不需添加附件或额外的维修保养费用•此方法亦可推广至其它热机上。冯家璇博士关键词：节约能源；增加热传导涂料;“等效”温度；等热效率中图分类号:TK()19；TH45文献标识码:A笔者以空气压缩机为研究对象，探讨热传导在机械节能上的应用。最近20年，空气压缩机的设计有很多创新,效率不断提高。近年来虽然投入了不少资源，但对效率提高并不显著。大部分的改善方法主要是从机械设计入手，但机械设计的改善方法已不能有效地使效率大幅提高。此外，对于已经投入便用的设备，目前的改善方法非常有限，H受到围绕设备的空间的限制，使改动设备的方法变得非常困难。1空气压缩过程简介图1表示一个简单压缩过程⑴。从过程A至“，气缸内的空气丄从低压被压缩至高I压，当活塞达到位g置”时，气缸的空气达到高压，排气阀打开，高压空气经由过程“至C排放到气缸外。当活塞达到位置C时，排气阀关闭，活塞开始下降。从过程C至Q,气缸内的压力开始下降，当活塞达到位置/)时，进气阀打开。在过程D至力，空气被吸进气缸，当活塞抵达最低位置月时，进气阀关闭，活塞重新往上运动将空气压缩。图1中•阴影部分ABCD的面积为系统所需的输入功率。若整个过程中没有热能量离开系统,则称为绝热功率，若整个过程中的温度相同，便称为等热功率。输入功率不仅仅提高系统内的压力，亦提高系统内的温度。由热力学基本原理知，若空气进行一个等热压缩由A至〃，所需的输入功率将比绝热压缩低。此外，在一个实际的压缩过程中，空气、气缸内壁及活塞的温度将会升高，高温的压缩空气将会在空气输送管路及空气储存容器内降温。在一般工程应用中，通常只需要干燥及高压的压缩空气，热能在圧缩空气中并未被利用。但这些热能是在压缩过程中山外来的功率所造成的，这些热能亦会导致气缸内的空气产生热膨胀•并导致压缩过程中空气压力增加，从而需要更大的外来功率。由此可见•从热力学基本原理来看，如果压缩是一个等温过程•则所需的输入功率便可降低为了降低压缩过程所需能量，一般采用冷却方法⑵，如在气缸上增加散热片叫或以冷却水冷却气缸。这些方法基本上都要在压缩机设计时加上，当压缩机制造后，如作任何改动将会是十分困难的。笔者针対现行使用的压缩机的效率，以不同的冷却方法测试气缸表面温度、空气在进气口和排气口的压力和温度以及空气的流量等。2实验设备与测量技术实验以一个单级往复式压缩机作为测试对象。该压缩机包括2个气缸，每个气缸的内径为70mm,活塞行程为50mm，压缩机以一台变速直流马达驱动。用测流孔板及水柱压力计测量进风空气流量，用K-type热电偶和压力表测量压缩过程前后的温度和压力，采用Cole-Parmer温度担描器记录气缸表面温度。在整个实验中，压缩机的转速和力矩都分别记录下来。为了测试强制热对流的冷却方法，采用一台直径150mm,空气流量为100L/s,功率为12W的24VH流轴流式风扇，测试时，风扇放置在距离压缩机顶部或压缩机侧W170mm处。增加热传导的涂料由卓先国际（香港）有限公司提供，在对原压缩机和采用强制热对流冷却方法进行测试后.压缩机气缸外売涂上2层增加热传导的涂料，以测试增加热传导涂料的效率。压缩机测试转速为600r/min,每5min取样—•次，每个测试周期为60rnino测试前，为了使压缩机运行稳定•压缩机预先以特定转速运行60mino进气口空气质量流量根据测流孔板和水柱压力计的读数由下式计算式中・只）、7'。分别为进气口空气的压力和温度;△卩为水柱压力计的读数;K为测流孔板的系数。进气的理论值为・2pVsN〃皿=~6（r式中，。为进气口的空气密度;匕为气缸内的切面积X活塞的行程;N为转速。容积效率定义为7v<.i=-—”?Th等热功率定义为%=况曲°ln（金式中山为空气的气体常数;八为排气口空气的...