液壓氣動專利講壇（18）噴淋換熱式壓縮空氣儲能系統張國賢（上海大學上海200444）1等溫壓縮-等溫膨脹的條件為空氣壓縮與膨脹的一個熱力學循環過程，在絕熱條件下將環境溫度為15°C、初始壓力0.1MPa的空氣壓縮到半容積（V=0.5）時，空氣溫度將上升到87°C.通過缸筒壁面散熱，在等壓條件下缸筒內空氣下降到環境溫度，則缸筒內壓縮空氣容積將下降為V=0.4，再經過絕熱膨脹到V=0.77，則缸筒內壓縮空氣將聚冷到-51°C，通過缸筒壁面與環境的熱交換而達到環境溫度時，缸筒內壓縮空氣在等壓條件下進―步膨脹到V=1.由此可見，在高壓縮比時，空氣壓縮或膨脹過程中的換熱量是很大的，有效換熱是實現等溫過程的關鍵。

　　空氣壓縮與膨脹的一個熱力學循環過程蓄能器從某個溫度上升或冷卻到另一個溫度，是需要經歷一段時間的，該段時間便是該蓄能器的熱時間常數，僅當壓縮過程足夠慢，亦即壓縮或膨脹時間較大于蓄能器的熱時間常數，才可能實現等溫壓縮或膨脹過程。這就是在開式蓄能器中要解決的關鍵問題。

　　2噴淋換熱式蓄能器系統專利剖析傳動與控制方向教學與科研工作。

　　為噴淋換熱式蓄能器系統。該系統為開式蓄能器系統，其關鍵裝置是由液壓系統320驅動的等溫壓縮-膨脹氣-液缸302.在其缸蓋上設有噴淋頭334，在壓縮過程時，由噴淋頭334噴出的冷卻水霧對壓縮空氣進行充分冷卻；在膨脹過程時，由噴淋頭334噴出的加熱水霧對壓縮空氣進行充分升溫，從而保證實現等溫壓縮和等溫膨脹。水循環是由水泵324完成的，其泵出的水通過外置換熱器322進行熱交換。

　　噴淋換熱式蓄能器系統噴淋頭334噴出的水霧使單位流量的液體具有極大的表面積，可與壓縮空氣進行充分的熱交換。如果噴淋頭334噴出的是水珠或連續的水流，則其換熱效果明顯下降。噴淋頭334噴出的是水珠還是水霧，與雷諾數Re以及奧內佐格數Oh（Ohnesorgenumber）有關。奧內佐格數Oh的表達式為：Oh=弘=we流體粘性力PLRe慣性力X表面張力其物理意義為流體粘性力與慣性力和表面張力之積的平方根之比，Oh越大，表示其粘性力越大。直徑3mm的雨滴，其Oh數約0.002.為噴淋頭噴淋狀態與Re及Oh的關系圖。

　　由可見，增大Re或增大Oh都可以改進霧化效果，從Oh及Re的定義可知，提高流體粘度可以提噴淋頭噴淋狀態與Re及Oh的關系圖裳敏壓力對空氣在水中溶解度的影響高Oh數，但會降低Re數，這不是一個好辦法。

　　從Oh的物理意義出發，降低流體的表面張力既可以提高Oh數，又不會影響Re數，可見是行之有效的方法。對于純水而言，Re大于10 000才能實現霧化。如果在水中添加表面活性劑，則可顯著提高Oh數，從而Re只要大于7 000就可以實現霧化。

　　在保證霧化前提下，減小Re的好處是可以降低流體速度，亦即降低了泵送流體的功耗。換熱流體的質量流量與換熱量成正比，即有：保證總換熱量所需的質量流量可以通過提高噴淋頭的流速實現，但這樣會增大泵功耗，所以更好的方法是采用多個噴淋頭。

　　有一點需要考慮，即空氣在高壓下溶解于水的特上接第54頁）當應急操作四位六通控制轉閥至"手關"的閥位時，操作手動泵可將B氣液罐內的液壓油泵入液壓缸的有桿腔，拉動活塞桿縮回，驅使執行器關閉閥門，而液壓缸的無桿腔的液壓油回流至A氣液罐。

　　"導通閥位“操作四位六通控制轉閥至"導通"的閥位時，A、B氣液罐導通，以使A、B兩罐的液壓油油位高度一致。

　　5結語根據"油氣管道關鍵設備國產化項目"中氣液聯動執行機構的基本技術要求和給定的研制技術參數，性，為壓力對空氣在水中溶解度的影響關系。由可見溶解度近似正比于壓力。在壓縮過程中，部分空氣溶解于水中而沒有存儲到儲氣罐，換言之造成了部分能量損失。在膨脹過程中，則有溶解于水中的部分空氣會析出。

　　最后尚需考慮到由于噴淋水霧導致壓縮或膨脹的不再是干空氣，而是濕空氣，即不能再以理想氣體定理的相關公式分析，而必須根據空氣濕度分析壓縮或膨脹的熱力學過程。

　　本發明專利提出的方法可用于前二期介紹的壓縮空氣儲能系統。

　　注：有志于該類產品二次創新開發的企業可與本刊編輯部聯系。本文綜合分析國內外天然氣管道氣液聯動閥門執行機構的技術現狀，通過試制、試驗、驗證，該產品取得了成功。