滾動輪表面瞬態(tài)傳熱系數(shù)的數(shù)值研究.pdf

1、高速和重載對列車速度和軸重提出了更高的要求，輪軌磨損、疲勞、熱損傷等導(dǎo)致的車輪失效問題也變得日益嚴(yán)重。而由輪軌間的相對滑動產(chǎn)生的摩擦熱是導(dǎo)致輪軌熱損傷的主要原因。輪軌間摩擦熱產(chǎn)生區(qū)域非常小，導(dǎo)致輪軌表面迅速升溫，從而對輪軌材料性能、磨損、熱應(yīng)力、蠕滑率、粘著系數(shù)等產(chǎn)生很大的影響，給列車的行車安全帶來很大的隱患。車輪表面的瞬態(tài)傳熱系數(shù)對車輪表面溫度分布、摩擦熱傳輸規(guī)律等起著決定性的作用，進而為研究輪軌關(guān)系提供理論依據(jù)。本文采用Fluent

2、軟件對車輪與周圍空氣的對流換熱特性進行了分析研究。對標(biāo)準(zhǔn)k-ε和RNG k-ε兩方程湍流模型以及近壁區(qū)采用的壁面函數(shù)法進行了詳細(xì)的介紹。利用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對輪軌的流體區(qū)域進行離散，通過給定合理的邊界條件，計算得到了車輪表面的平均對流換熱系數(shù)和車輪表面上瞬態(tài)對流換熱系數(shù)的分布情況。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴車輪各表面上的平均對流換熱系數(shù)隨著車速的增加呈近似線性增加。輪緣表面平均對流換熱系數(shù)最大，內(nèi)表面次之，外表面與踏面平均對流換熱系數(shù)

3、最小。⑵通過與實驗值的對比，發(fā)現(xiàn)側(cè)表面努賽爾數(shù)的模擬結(jié)果與實驗值吻合度較高，而踏面及輪緣的吻合度較低。⑶在輪軌接觸區(qū)，踏面表面的對流換熱系數(shù)出現(xiàn)劇烈變化，在265°到270°之間的曲線上對流換熱系數(shù)保持了較高值，而后向兩邊迅速降低。⑷在車輪內(nèi)表面上半徑介于0.22 m和0.28 m處的對流換熱系數(shù)處于較高水平，而后向兩邊逐漸減小。⑸在迎風(fēng)區(qū)，車輪外表面上小半徑處的對流換熱系數(shù)要比大半徑處的對流換熱系數(shù)大；在背風(fēng)區(qū)大半徑處的對流換熱系數(shù)比

4、小半徑處的對流換熱系數(shù)大。在徑向方向上，半徑為0.15 m處是對流換熱系數(shù)變化的一個拐點，拐點前，四條曲線上對流換熱系數(shù)變化趨勢基本相同，拐點以后四條曲線上的對流換熱系數(shù)表現(xiàn)出了不同的變化趨勢。⑹通過對不同表面上對流換熱系數(shù)的最大值與最小值之比可以發(fā)現(xiàn)，踏面表面的變化最劇烈，內(nèi)表面次之，外表面與輪緣變化最小。⑺通過對踏面及輪緣表面在迎風(fēng)區(qū)、背風(fēng)區(qū)和接觸區(qū)的對流換熱系數(shù)的最大值與最小值之比可以發(fā)現(xiàn)，接觸區(qū)的變化最劇烈，背風(fēng)區(qū)次之，迎風(fēng)區(qū)變