整个压缩机组的可靠性、压缩功效

　　气体压缩机是石油和化工等领域重要的流体机械之一，其中阀片和填料密封等部件是压缩机最关键的易损部件，其质量和使用性能决定了整个压缩机组的可靠性、压缩功效和维修周期。高聚物基复合材料具有良好的自润滑能力、优异的耐磨性和强的耐腐蚀能力，因此高聚物部件在压缩机中的应用已越来越受到重视。但是，受摩擦温升的影响，这类部件的强度和耐磨性往往下降，从而影响其使用性能和寿命，为此，研究和预测高聚物部件的摩擦温升及其影响因素对研制开发不同配方的复合材料摩擦部件、提高部件可靠性和延长使用寿命具有重要的实际意义。

　　鉴于上述研究目的，这里采用摩擦学领域常用的销-盘摩擦副作为研究对象，来分析材料性能和工作条件对复合材料摩擦部件温升的影响。国内外的研究人员曾对单相材料组成的销-盘摩擦副的温升进行过分析研究。Kar等和Yevtushenko等研究了金属材料销的一维温度分布了摩擦热流分配系数的解析式，但没有考虑圆盘的对流换热效应。对塑料销的温度场进行了稳态与非稳态分析，但没有研究摩擦热流分配系数的计算方法以及复合材料组成所产生的影响。基于一种新的对流换热系数计算方法并综合上述有关计算方法，本文分析了高聚物销的摩擦温升问题，研究了销在遭受温度突变时不同导热模型所预测的温度场变化规律。

　　为了使问题更加易于处理而不失去其实际意义，做出如下假设：（1）销的整个摩擦端面均与盘周均匀接触。

　　（2）在销盘的接触区内，摩擦热流是匀强的，且为单方向即只沿销轴方向传导。

　　（3）材料是均匀致密的，其各处热导率相等。

　　（4）与整体摩擦热相比，磨屑带走的热量很小，可忽略不计。

　　（5）远离接触区的销端面温度为室温。

　　（6）摩擦表面不发生相变。

　　对端面温升的预测比数值方法更精确，而远离摩擦界面的地方由于热边界条件设立的局限性，两种方法的预测结果与实验值之间产生了一定偏差。

　　抛物线型导热模型，设销-盘摩擦界面温度为Tw，并引入无量纲参数θ=（T-T2，给出销的一维非稳态抛物线型导热模型的无量纲形式如下这是一个抛物型偏微分方程，采用隐式差分格式是无条件稳定的，总可以得到稳定而可靠的解。将销沿轴向十等份，应用Gauss-Seidal迭代法进行求解，其中边界条件为：对i=10，由上式可得到它们之间的关系为：计算结果在抛物线型导热控制模型下，边界温度扰动是以纯扩散形式向材料内部传播的，材料中间部分在开始时的温升幅度很小；当边界温度发生变化时，内部各点的温度也开始变化，且当时间足够长时，材料内部温度达到平衡。

　　双曲型导热模型由给出双曲型导热模型如下：同样地，采用隐式差分格式化为差分格式，则双曲型导热模型的全隐式方程为：求解方法仍采用Gauss-Seidal迭代法（边界条件同抛物线模型）。计算结果如图3所示。

　　从图3可以看出，由于双曲型导热模型是一种波动方程，因此在此模型下，材料内部温度的变化规律与傅立叶导热方程有很大不同：当材料的边界上有一个温度扰动时，该温度扰动是以衰减的温度波动形式逐渐由边界向材料内部传递的，但是对高聚物来说，由于其具有与金属材料同样很短的松弛时间，热容较生物材料和多孔材料小很多，所以温度扰动的衰减速度很慢。

　　双曲型导热模型和抛物线型导热模型对高聚物运动部件摩擦温升或温度场的预测效果是一样的，尽管在不同模型下开始时刻的温度变化规律完全不同，但时间足够大时两种模型会得到同样的结果，即达到温度平衡。

　　结论（1）对压缩机用高聚物复合材料部件的一维稳态温度场进行了解析求解和数值求解，给出了新的热流分配系数计算方法，计算结果与实验数据有很好的一致性。

　　（2）比较了双曲型导热模型和常规抛物线型导热模型对高聚物摩擦部件非稳态温度场的影响规律，认为在部件在遭受温度突变或高强热流作用时，后者预测精度完全可以满足工程实际要求。