洪舟振森 ， 張虹， 馬朝臣， 吳新濤

(1.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院， 北京 100081; 2.中國北方發(fā)動機(jī)研究所 柴油機(jī)增壓技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300400)

0 引言

車用渦輪增壓器可以降低內(nèi)燃機(jī)排氣污染，提高其功率密度，并使內(nèi)燃機(jī)具有高原功率恢復(fù)特性[1]。我國地形復(fù)雜，高原眾多[2]，因此，廣泛地應(yīng)用渦輪增壓器，以提高車用內(nèi)燃機(jī)對不同海拔大氣環(huán)境的適應(yīng)性，具有更加重要的意義。

離心壓氣機(jī)承受著氣動載荷、離心載荷、熱載荷等多場載荷的作用，應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜。對單個(gè)離心壓氣機(jī)的研究表明，高原大氣環(huán)境下壓氣機(jī)內(nèi)部的流動損失會增加，總體性能會發(fā)生惡化[3-4]。由于增壓發(fā)動機(jī)的自適應(yīng)性，增壓發(fā)動機(jī)在同一個(gè)工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，增壓器轉(zhuǎn)速會隨海拔高度的增加而增加[5]，導(dǎo)致壓氣機(jī)葉輪離心載荷、熱載荷、氣動載荷的變化更加復(fù)雜。而車用增壓器離心壓氣機(jī)多針對平原環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)與匹配，沒有充分考慮到高原適應(yīng)性，在高原環(huán)境下易發(fā)生超速破壞、振動疲勞等失效[6]。

國內(nèi)外已有許多關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)[7]、航空發(fā)動機(jī)[8]、制冷壓縮機(jī)[9]、渦輪增壓器的壓氣機(jī)部件的多場載荷與應(yīng)力分析，多數(shù)研究表明離心載荷、熱載荷、氣動載荷在壓氣機(jī)葉輪中產(chǎn)生的應(yīng)力依次減小。但是車用渦輪增壓器仍主要研究其平原環(huán)境下的多場耦合應(yīng)力[10-11]，或在高原環(huán)境下只分析其離心應(yīng)力[12]，沒有考慮大氣環(huán)境變化對多場載荷以及應(yīng)力的影響，難以對高原環(huán)境下的壓氣機(jī)葉輪強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確評估，使壓氣機(jī)在高原環(huán)境下運(yùn)行時(shí)存在失效風(fēng)險(xiǎn)。

本文針對某車用渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪，采用單向流體- 固體(簡稱流固)耦合方法，分析其多場載荷及應(yīng)力隨海拔高度的變化規(guī)律，以期為離心壓氣機(jī)針對變海拔環(huán)境的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核提供基礎(chǔ)。

1 計(jì)算模型

1.1 計(jì)算流體力學(xué)模型

本文研究的離心壓氣機(jī)用于某6缸柴油機(jī)，外徑為93.4 mm，共有7組長短葉片。由于壓氣機(jī)是循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)，為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，采用單周期模型進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)(CFD)計(jì)算與有限元(FEM)計(jì)算。CFD求解器采用CFX軟件，F(xiàn)EM求解器采用ANSYS軟件的結(jié)構(gòu)求解器。

CFD計(jì)算網(wǎng)格數(shù)1 474 297，網(wǎng)格模型如圖1所示。由于壓氣機(jī)內(nèi)部流動是逆壓梯度流動，湍流模型選擇剪切應(yīng)力輸運(yùn)(SST)模型。SST模型是低雷諾數(shù)模型，需要對壁面附近流動的高精度求解，因此第1層網(wǎng)格厚度取為0.000 8 mm，確保距離壁面的無量綱距離y+值滿足要求。取增長率1.2，在壁面附近繪制20層棱柱層。壓氣機(jī)工質(zhì)采用理想空氣，壓氣機(jī)入口指定總溫總壓，出口指定質(zhì)量流量，壁面均為無滑移光滑壁面。

圖1 網(wǎng)格模型Fig.1 Mesh models

由于采用共軛傳熱(CHT)方法計(jì)算葉輪的溫度分布，需要指定葉輪的熱邊界條件。將葉輪的葉片面、輪轂面以及鎖緊螺母面設(shè)置為流固耦合面，其余面均給定絕熱邊界條件。壓氣機(jī)葉輪材料ZL201，為其指定隨溫度變化的比熱容與導(dǎo)熱系數(shù)。

1.2 FEM計(jì)算模型

有限元模型網(wǎng)格數(shù)525 368，網(wǎng)格如圖1(b)所示。在輪背凸臺面處施加位移約束，約束其軸向自由度；在軸孔面上施加遠(yuǎn)端位移約束，約束其徑向自由度。約束示意圖如圖2所示。

圖2 約束示意圖Fig.2 Constraint diagram

壓氣機(jī)葉輪材料采用定值屬性。常溫下密度為2 780 kg/m3，泊松比為0.33，彈性模量為70 GPa，抗拉強(qiáng)度為335 MPa，規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σp0.2為215 MPa. 在下文的計(jì)算中，葉輪的應(yīng)力有可能超過σp0.2，本文將忽略σp0.2以前材料的強(qiáng)化行為，以σp0.2為分界點(diǎn)采用雙線性隨動強(qiáng)化模型描述材料的應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系，描述強(qiáng)化行為的切向模量為26.7 GPa[13]. 為計(jì)算熱應(yīng)力，為材料指定割線線膨脹系數(shù)為1.95×10-5/℃，無熱應(yīng)變的參考溫度為20 ℃[14].

1.3 計(jì)算工況

為探討不同海拔大氣環(huán)境下壓氣機(jī)葉輪多場載荷與應(yīng)力的變化，指定葉輪真實(shí)流量為0.22 kg/s，真實(shí)轉(zhuǎn)速為70 000 r/min，僅按海拔不同為壓氣機(jī)葉輪入口指定不同的空氣總溫與總壓。選擇0 km、1 km、2 km、3 km、4 km、5 km共6個(gè)海拔高度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)大氣，大氣溫度與壓力隨海拔高度的變化滿足(1)式和(2)式：

T0(H)=288.15-0.006 5×H，

(1)

p0(H)=101.325×(1-2.255 77×10-5H)，

(2)

式中：T0為大氣總溫(K)；p0為大氣總壓(kPa)；H為海拔高度(m)。由(2)式可以看出：海拔每升高1 km，空氣溫度下降6.5 ℃；而壓力下降則隨著海拔升高越來越小，0～5 km內(nèi)，平均海拔每升高1 km壓力下降9.8 kPa.

圖3 計(jì)算工況與折合特性MAP圖Fig.3 Calculation conditions and corrected characteristics MAP

表1 增壓器與發(fā)動機(jī)聯(lián)合運(yùn)行計(jì)算點(diǎn)Tab.1 Calculation conditions for engine operatingwith turbocharger

2 計(jì)算方法

2.1 CHT方法

在CFD求解器中定義固體域，并計(jì)算獲得固體域的溫度場，這就是CHT方法。在CHT方法中，流體向固體提供流固耦合面上的熱流密度，作為固體溫度場計(jì)算的邊界條件；固體向流體提供流固耦合面上的溫度，作為流場計(jì)算的邊界條件。流場計(jì)算的控制方程為動量方程、質(zhì)量守恒方程與能量方程，固體溫度場的控制方程如(3)式：

(3)

式中：ρ為密度；h為焓；τ為時(shí)間；uS為固體速度；λ為熱導(dǎo)率；T為溫度；SE為體積熱源。

2.2 結(jié)構(gòu)場方程

葉輪在離心載荷和氣載荷作用下的應(yīng)力場使用平衡方程、幾何方程與本構(gòu)方程可以進(jìn)行求解。當(dāng)考慮熱應(yīng)變時(shí)，彈性體的應(yīng)變分量由自由熱膨脹引起的應(yīng)變分量和應(yīng)力引起的應(yīng)變分量疊加而成，即張量形式的本構(gòu)方程變?yōu)?4)式，將此本構(gòu)方程結(jié)合平衡方程與幾何方程，即可求解有溫度載荷的結(jié)構(gòu)場問題。

(4)

式中：εij為應(yīng)變張量；ν為泊松比；E為彈性模量；σij、σkk為應(yīng)力張量，下標(biāo)i、j、k可取x、y、z，x、y、z為笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)軸方向；δij為克羅內(nèi)克函數(shù)；α為線膨脹系數(shù)；Tref為無熱應(yīng)變參考溫度。

3 變海拔應(yīng)力響應(yīng)分析

3.1 氣動應(yīng)力分析

在保證真實(shí)流量與真實(shí)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，折合流量隨海拔升高而增大，因此可將壓氣機(jī)總壓比隨海拔的變化繪制在折合特性MAP圖上，如圖3所示。由圖3可以看出，總壓比隨海拔高度的變化較小，最大總壓比相比于最小總壓比的偏差為2.84%.

在海拔0 km時(shí)，葉輪表面承受氣體的絕對靜壓云圖如圖4所示：最小絕對靜壓69.9 kPa，出現(xiàn)在長葉片吸力面前緣；最大絕對靜壓162.4 kPa，出現(xiàn)在長葉片壓力面尾緣。

圖4 海拔0 km絕對靜壓云圖Fig.4 Contour of absolute static pressure at 0 km

因?yàn)槿~片在氣動載荷下的變形與應(yīng)力主要取決于壓力面與吸力面的靜壓力差，所以從歸一化0.15流向位置與歸一化0.15跨距位置開始，以0.1為間隔，到歸一化位置0.85，兩兩組合，共取64條圓周線，如圖4所示，計(jì)算圓周線與長葉片壓力面與吸力面交點(diǎn)的靜壓力差。流向位置表示從葉輪入口到葉輪出口方向上的位置，跨距位置表示從輪轂到輪緣方向上的位置。在海拔0 km時(shí)，不同流向位置與跨距位置的靜壓差柱狀圖如圖5所示。由圖5中可以看出，最大的靜壓差為30.1 kPa，出現(xiàn)在0.75流向位置、0.15跨距位置處，即葉片尾緣靠近葉根的位置。在同一跨距位置，隨著流向位置的增大，靜壓差均表現(xiàn)為增大趨勢，這是因?yàn)榭諝鈮罕仍絹碓礁?，?dǎo)致壓力面與吸力面壓差增大。在同一流向位置，隨著跨距的增大，靜壓差基本先增大后減小。

圖5 海拔0 km靜壓差分布Fig.5 Distribution of static pressure difference at 0 km

在海拔0 km的大氣環(huán)境下，葉輪的氣動應(yīng)力如圖6所示。從圖6中可以看出，2.345 MPa以上的大應(yīng)力區(qū)域包括長葉片前緣葉根處、長短葉片近尾緣區(qū)域以及長短葉片吸力面尾緣葉根處。長葉片近尾緣區(qū)域的應(yīng)力大于短葉片近尾緣區(qū)域，最大應(yīng)力位于長葉片壓力面近尾緣葉根圓角上緣，為3.282 3 MPa.

圖6 海拔0 km氣動應(yīng)力云圖Fig.6 Contour of aerodynamic stress at 0 km

海拔5 km時(shí)，不同葉片位置的靜壓差柱狀圖如圖7所示。最大靜壓差為20.86 kPa，出現(xiàn)在0.85流向位置、0.45跨距位置處。與海拔0 km相比，海拔5 km在小流向位置處的靜壓差明顯增大，這是因?yàn)闅饬魉俣仍黾訋砹肆鲃咏窃黾樱M(jìn)而使葉片前緣處的流動發(fā)生變化。圖8所示為0.6跨距位置處Blade to Blade面上的相對速度流線圖，由于海拔0 km環(huán)境下氣體流動角更小，吸力面形成了較大的滯止渦，滯止渦使得吸力面前緣氣體流速減小，因此靜壓相對升高，壓力面與吸力面的靜壓差減小；而海拔5 km的環(huán)境下氣體流動角增大，吸力面的滯止渦消失，因此吸力面前緣氣體流速更快，靜壓相對減小，壓力面與吸力面的靜壓差增大。

圖7 海拔5 km靜壓差分布Fig.7 Distribution of static pressure difference at 5 km

圖8 不同海拔0.6跨距位置處相對速度流線圖Fig.8 Relative velocity streamline at 0.6 span at different altitudes

海拔5 km處的氣動應(yīng)力如圖9所示，最大應(yīng)力為3.411 MPa，位于長葉片前緣吸力面處。根據(jù)圖5～圖9結(jié)果，海拔0 km與5 km處的長葉片氣動應(yīng)力均與其表面靜壓差分布表現(xiàn)出了較好的一致性，即葉片不同流向位置的氣動應(yīng)力與該位置處的靜壓差呈正相關(guān)關(guān)系。海拔5 km時(shí)小流向位置處的靜壓差雖然小于大流向位置處的靜壓差，但是由于小流向位置處葉片高度較高，同跨距位置處相同的靜壓差能產(chǎn)生更大的扭矩，導(dǎo)致長葉片前緣應(yīng)力大于長葉片尾緣應(yīng)力。

圖9 海拔5 km氣動應(yīng)力云圖Fig.9 Contour of aerodynamic stress at 5 km

取恒跨距0.85，不同流向位置與海拔高度的靜壓差柱狀圖如圖10所示。從圖10中可以看出：在葉片的前緣位置，靜壓差基本隨海拔的增高而增大；在中部流向位置，不同海拔高度的靜壓差基本一致；在葉片的尾緣，靜壓差表現(xiàn)出隨海拔高度的增加而減小的趨勢。

圖10 不同海拔0.85跨距處靜壓差分布Fig.10 Distribution of static pressure difference at 0.85 span position at different altitudes

葉輪在各海拔大氣環(huán)境下，氣動應(yīng)力的最大值σpmax與葉輪入口平均流動角如表2所示。以海拔2 km及以下為低海拔、3 km及以上為高海拔，在低海拔地區(qū)葉輪的最大應(yīng)力出現(xiàn)在長葉片尾緣，在高海拔地區(qū)則出現(xiàn)在長葉片前緣。可見，平均流動角隨海拔的升高而不斷增大，當(dāng)超過一定值后會使長葉片前緣出現(xiàn)較大靜壓差，進(jìn)而導(dǎo)致最大氣動應(yīng)力出現(xiàn)在前緣。

表2 不同海拔下的氣動應(yīng)力與流動角Tab.2 Aerodynamic stresses and flow angles atdifferent altitudes

3.2 熱應(yīng)力分析

在海拔0 km時(shí)，葉輪溫度場如圖11所示。由圖11可以看出：最高溫度為56.2 ℃，位于短葉片尾緣葉尖處；最低溫度25.0 ℃，位于長葉片前緣。

圖11 海拔0 km葉輪溫度場Fig.11 Impeller temperature field at 0 km

葉輪的熱應(yīng)力如圖12所示。從圖12中可以看出，大應(yīng)力主要出現(xiàn)在輪盤部位，且沿著流向位置，熱應(yīng)力不斷增大。最大熱應(yīng)力為17.403 MPa，出現(xiàn)在長葉片尾緣葉根圓角處。

圖12 海拔0 km等效熱應(yīng)力云圖Fig.12 Contour of equivalent thermal stress at 0 km

葉輪的周向正應(yīng)力云圖如圖13所示。從圖13中可以發(fā)現(xiàn)，輪盤邊緣周向正應(yīng)力的代數(shù)值均小于0，表明葉輪在輪盤邊緣承受著周向壓應(yīng)力的作用。輪盤的邊緣溫度較高，但是其周向的膨脹受到彼此的制約而無法完全發(fā)生，因此產(chǎn)生了周向的壓應(yīng)力；其最大絕對值出現(xiàn)在長短葉片尾緣葉根圓角處，則是因?yàn)榇颂帨囟认鄬Ω咔規(guī)缀瓮蛔儺a(chǎn)生了應(yīng)力集中；最大壓應(yīng)力17.332 MPa與該處等效應(yīng)力17.403 MPa十分相近，表明在該位置對葉輪等效應(yīng)力起主要影響作用的是周向的壓應(yīng)力。

圖13 海拔0 km周向熱應(yīng)力云圖Fig.13 Contour of circumferential thermal stress at 0 km

在不同海拔的大氣環(huán)境下，葉輪的溫度場與熱應(yīng)力場的分布規(guī)律變化不大。由于熱應(yīng)力來源于外部的約束或者自身溫度場的不均勻，選擇葉輪的最高溫度以及最高溫與最低溫的溫差作為溫度載荷的表征，后者可以代表葉輪的總體溫度梯度。葉輪的最高溫度Tmax、溫度差ΔT與最大熱應(yīng)力σtmax隨海拔高度H的變化如表3所示。從表3中可以看出：海拔5 km時(shí)的熱應(yīng)力相比海拔0 km下降33.4%；隨著海拔升高，葉輪的最高最低溫度、溫度差與最大熱應(yīng)力均減小。這表明隨著進(jìn)氣溫度下降，在總壓比基本不變時(shí)，流道內(nèi)各處氣體溫度均下降，導(dǎo)致了葉輪溫度梯度與熱應(yīng)力的下降。

表3 不同海拔下的熱載荷與熱應(yīng)力Tab.3 Thermal loads and thermal stresses atdifferent altitudes

3.3 離心應(yīng)力與耦合應(yīng)力分析

葉輪在轉(zhuǎn)速70 000 r/min時(shí)離心應(yīng)力云圖如圖14所示。由圖14可見，99.8 MPa以上的大應(yīng)力區(qū)域包括長短葉片的尾緣葉根以及50%葉高位置、近背盤軸孔以及背盤圓角處，最大應(yīng)力出現(xiàn)在近背盤軸孔處，為139.75 MPa. 葉輪在轉(zhuǎn)速80 000 r/min時(shí)的最大應(yīng)力為182.26 MPa，其與轉(zhuǎn)速70 000 r/min時(shí)的最大應(yīng)力比值為轉(zhuǎn)速比值的平方，其他相同位置節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的比值也滿足這一關(guān)系，表明在線彈性模型下，離心應(yīng)力的變化與轉(zhuǎn)速的變化呈平方關(guān)系。

圖14 70 000 r/min時(shí)離心應(yīng)力云圖Fig.14 Contour of centrifugal stress at 70 000 r/min

圖15 海拔0 km耦合應(yīng)力云圖Fig.15 Contour of coupling stress at 0 km

從表2、表3和圖14中可以看出，壓氣機(jī)葉輪中三場應(yīng)力從大到小依次為離心應(yīng)力、熱應(yīng)力與氣動應(yīng)力。海拔0 km時(shí)，葉輪在離心載荷、氣動載荷以及熱載荷共同作用下的多場耦合應(yīng)力如圖15所示。最大等效應(yīng)力為146.58 MPa，位于葉輪軸孔近背盤的區(qū)域。最大耦合應(yīng)力大于最大離心應(yīng)力，這是因?yàn)檩S孔處溫度高于無熱應(yīng)變參考溫度20 ℃，材料發(fā)生膨脹，與離心應(yīng)力在軸孔處的效果相同，導(dǎo)致軸孔處徑向的拉應(yīng)力增加，進(jìn)而導(dǎo)致等效應(yīng)力增加。

不同海拔大氣環(huán)境下葉輪的最大多場耦合等效應(yīng)力如表4所示。從表4中可以看出，最大應(yīng)力隨著海拔的升高不斷減小，甚至?xí)∮谧畲箅x心應(yīng)力，這是因?yàn)楦吆０螘r(shí)軸孔附近溫度減小到無熱應(yīng)變參考溫度20 ℃以下，導(dǎo)致材料收縮，減小了軸孔處的離心拉應(yīng)力。海拔0 km最大耦合應(yīng)力比海拔5 km時(shí)大8.59%.

表4 不同海拔下的耦合應(yīng)力Tab.4 Coupling stresses at different altitudes

4 實(shí)際變海拔工況下應(yīng)力響應(yīng)分析

圖16 平原和高原靜壓差對比(綠色:平原，紅色:高原)Fig.16 Comparison of static pressure differences at plain and plateau (green: plain; red: plateau)

以平原工況和高原工況分別指代海拔1 km與4.5 km大氣壓力下的計(jì)算工況。葉輪在平原和高原工況下的入口流動角分別為29.94°和30.40°，處于表2中海拔4 km與5 km間，因此靜壓差分布與氣動應(yīng)力分布應(yīng)與3.1節(jié)高海拔結(jié)果表現(xiàn)出相似性。平原與高原氣壓環(huán)境下，長葉片表面的靜壓差如圖16所示。從圖16中可以看到：平原與高原兩種環(huán)境下長葉片前緣的靜壓差都較高，這是因?yàn)闅饬髁鲃咏禽^大；在相同位置，平原下的靜壓差均大于高原下靜壓差，這主要是由高原下進(jìn)氣壓力的大幅下降導(dǎo)致的。兩種大氣環(huán)境下最大氣動應(yīng)力均出現(xiàn)在長葉片前緣吸力面，平原與高原下最大氣動應(yīng)力分別為10.36 MPa與7.388 MPa，氣動應(yīng)力分布規(guī)律與海拔5 km的氣動應(yīng)力分布規(guī)律基本相似。

葉輪在平原環(huán)境與高原環(huán)境下溫度與應(yīng)力分布規(guī)律與第3.2節(jié)中圖11～圖13的相差不大，溫度范圍分別為42.37 ℃～97.89 ℃與48.16 ℃～110.5 ℃，最大熱應(yīng)力分別為32.06 MPa與35.09 MPa，高原下熱應(yīng)力相比平原增加9.45%. 顯然，由于進(jìn)氣溫度不變，高原下葉輪壓比的增大帶來了更高的葉輪溫度與總體溫度梯度，進(jìn)而導(dǎo)致了更高的熱應(yīng)力。

由于平原與高原下的離心應(yīng)力最大值均超過材料規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σp0.2，采用雙線性隨動強(qiáng)化模型描述材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，進(jìn)行離心應(yīng)力計(jì)算。離心應(yīng)力分布規(guī)律與圖14相差不大。平原下最大離心應(yīng)力為233.04 MPa，高原下最大離心應(yīng)力為257.24 MPa，相比平原增加10.4%，最大應(yīng)力的比值小于轉(zhuǎn)速比值的平方。

平原與高原下葉輪的多場耦合應(yīng)力云圖如圖17所示，最大應(yīng)力分別為239.49 MPa與266.47 MPa，高原相比平原增加11.3%. 由于葉輪溫度較高，因此軸孔處熱應(yīng)力為拉應(yīng)力，導(dǎo)致軸孔處耦合應(yīng)力高于離心應(yīng)力。綜上所述，海拔升高時(shí)葉輪耦合應(yīng)力的升高主要來自于轉(zhuǎn)速增加帶來的離心應(yīng)力的增加。

圖17 葉輪多場耦合應(yīng)力云圖Fig.17 Multi-field stress contour of impeller

5 結(jié)論

本文采用流固耦合的方法，計(jì)算分析了車用離心式壓氣機(jī)葉輪在變海拔環(huán)境下氣動載荷、熱載荷、離心載荷以及相應(yīng)應(yīng)力的變化，討論壓氣機(jī)葉輪在變海拔環(huán)境下發(fā)生強(qiáng)度失效的可能性。得到主要結(jié)論如下：

1) 當(dāng)葉輪進(jìn)口氣流的流動角較大時(shí)，長葉片前緣靜壓差增大，最大氣動應(yīng)力出現(xiàn)在葉片前緣。在增壓發(fā)動機(jī)工況不變時(shí)，降低大氣壓力，長葉片表面各處的靜壓差均減小，導(dǎo)致氣動應(yīng)力減小，本文中高原最大氣動應(yīng)力為7.388 MPa，相比平原下降28.7%.

2) 不同海拔環(huán)境下，葉輪的溫度場以及熱應(yīng)力場的分布規(guī)律基本一致。在進(jìn)氣溫度降低而壓比變化較小時(shí)，葉輪最大熱應(yīng)力減?。辉谶M(jìn)氣溫度不變、壓比增加時(shí)，最大熱應(yīng)力增加，本文中高原最大熱應(yīng)力為35.09 MPa，相比平原增加9.45%.

3) 離心應(yīng)力最大值出現(xiàn)在近背盤軸孔處。在線彈性的范圍內(nèi)，葉輪同位置離心應(yīng)力的比值是轉(zhuǎn)速比值的平方。當(dāng)應(yīng)力超過規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σp0.2時(shí)，離心應(yīng)力的比值小于轉(zhuǎn)速比值的平方。在增壓發(fā)動機(jī)工況不變時(shí)，增加海拔會提高壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速，增大離心應(yīng)力，本文中高原最大離心應(yīng)力為257.24 MPa，相比平原增加10.4%.

4) 在真實(shí)流量、真實(shí)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，提高海拔，軸孔處的耦合應(yīng)力會下降。對于發(fā)動機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的增壓器壓氣機(jī)，海拔對軸孔處耦合應(yīng)力的影響需要根據(jù)具體工況來確定，但海拔升高時(shí)葉輪耦合應(yīng)力的增大主要來自于轉(zhuǎn)速升高帶來的離心應(yīng)力的升高，本文中高原最大耦合應(yīng)力為266.47 MPa，相比平原增加11.3%.

5) 壓氣機(jī)葉輪在高海拔地區(qū)存在著靜強(qiáng)度破壞的可能性。為了提高葉輪的高原適應(yīng)性、降低破壞的可能性，可以使用性能更好的材料；將增壓器與發(fā)動機(jī)針對高海拔環(huán)境進(jìn)行匹配，避免高海拔下壓氣機(jī)的工作轉(zhuǎn)速過高；以及在設(shè)計(jì)階段可以忽略熱載荷與氣動載荷的影響，專門針對葉輪的離心應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)，選擇離心應(yīng)力更低的葉型與葉輪結(jié)構(gòu)。