隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,我國鐵路運輸持續(xù)走向高速、重載的方向。重載列車進行制動時,一般采用踏面制動,在制動的過程中,車輪會產(chǎn)生較高的溫度,當達到一定的受熱極限時,就會對車輪造成損傷。制動過程中產(chǎn)生的大量熱量,其中大部分均被車輪吸收。因此研究車輪在緊急制動工況下溫度和對流換熱系數(shù)的分布規(guī)律具有重要意義。本文主要研究了重載列車在以初速度為120km/h的情況下進行緊急制動時,車輪各表面溫度場和對流換熱系數(shù)的分布規(guī)律。主要做了以下工作:首先,建立車輪三維模型,將模型導入到ANSYS Workbench中的Geometry模塊,在其中創(chuàng)建流體域,并對固體模型和流體域命名;然后對其網(wǎng)格劃分;最后,將劃分好的網(wǎng)格導入FLUENT中,設(shè)置邊界條件,確定求解步長和求解步數(shù),然后開始計算。計算結(jié)束之后,得到車輪在制動過程中的速度場、溫度場和對流換熱系數(shù),其結(jié)論如下:（1）在緊急制動中,車輪的最高溫度均出現(xiàn)在閘瓦與踏面直接接觸的區(qū)域,車輪踏面的溫度也相對其他區(qū)域更高。（2）車輪踏面溫度在列車制動14s時達到最大值478.45K,隨后開始降低,在整個制動過程中,車輪踏面的平均溫度隨制動時間呈先增大后減小的趨勢。... 

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外研究現(xiàn)狀
    1.3 該領(lǐng)域目前存在的問題
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
2 重載列車制動過程分析
    2.1 重載列車踏面制動過程
    2.2 車輪三維物理模型及材料參數(shù)
        2.2.1 物理模型
        2.2.2 材料參數(shù)
    2.3 制動參數(shù)分析
    2.4 車輪制動過程中的傳熱方式
        2.4.1 制動中的導熱理論概述
        2.4.2 列車制動時的對流傳熱
        2.4.3 制動過程中的熱輻射
    2.5 本章小結(jié)
3 重載列車車輪計算模型及瞬態(tài)溫度場數(shù)學模型
    3.1 ANSYS簡介
    3.2 車輪計算模型
    3.3 瞬態(tài)溫度場的數(shù)學模型
    3.4 熱流密度的確定
    3.5 流體力學理論
        3.5.1 CFD求解過程
        3.5.2 流體流動的基本控制方程
        3.5.3 湍流對流換熱的雷諾時均方程
        3.5.4 固體熱傳導方程
        3.5.5 邊界條件
    3.6 計算模型的網(wǎng)格劃分
        3.6.1 網(wǎng)格生成技術(shù)
        3.6.2 邊界層網(wǎng)格的劃分
        3.6.3 計算區(qū)域網(wǎng)格劃分
    3.7 本章小結(jié)
4 車輪制動過程中速度場和溫度場數(shù)值求解及結(jié)果分析
    4.1 數(shù)值求解基本設(shè)置
    4.2 湍流求解模型
        4.2.1 湍流求解模型的選擇
        4.2.2 湍流近壁區(qū)求解
        4.2.3 邊界湍流設(shè)置
        4.2.4 動區(qū)域計算模型
        4.2.5 用戶自定義函數(shù)(UDF)
    4.3 車輪在制動過程中速度場和溫度場的分布
        4.3.1 車輪周圍空氣速度場分布
        4.3.2 車輪制動過程溫度場結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
5 車輪表面對流換熱特性數(shù)值模擬結(jié)果分析
    5.1 網(wǎng)格獨立性驗證
    5.2 整個車輪表面對流換熱系數(shù)分布規(guī)律
        5.2.1 車輪各表面對流換熱系數(shù)分布云圖
        5.2.2 車輪表面平均對流換熱系數(shù)隨制動時間的變化關(guān)系
    5.3 車輪踏面及踏面兩側(cè)對流換熱系數(shù)分布規(guī)律
        5.3.1 車輪踏面及踏面兩側(cè)對流換熱系數(shù)分布云圖
        5.3.2 車輪踏面及踏面兩側(cè)對流換熱系數(shù)隨制動時間的變化關(guān)系
    5.4 車輪輻板及輪輞對流換熱系數(shù)分布規(guī)律
        5.4.1 車輪輻板及輪輞對流換熱系數(shù)分布云圖
        5.4.2 車輪輻板及輪輞對流換熱系數(shù)隨制動時間的變化關(guān)系
    5.5 車輪輪轂及車軸對流換熱系數(shù)分布規(guī)律
        5.5.1 車輪輪轂及車軸對流換熱系數(shù)分布云圖
        5.5.2 車輪輪轂及車軸對流換熱系數(shù)隨制動時間的變化關(guān)系
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻
附錄A 對流換熱系數(shù)-時間數(shù)據(jù)表
附錄B 對流換熱系數(shù)-時間數(shù)據(jù)表
攻讀學位期間的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]地鐵車輪踏面緊急制動熱應力分析[J]. 周翠,高卿.  山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版). 2019(01)
[3]基于旋轉(zhuǎn)熱源法和均布熱源法的列車踏面制動溫度場分析[J]. 張金煜,虞大聯(lián),林鵬.  機械工程學報. 2018(06)
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[6]不同地鐵車輪結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)下踏面制動熱負荷分析[J]. 張琪,王玉光,周小江,溫澤峰,金學松.  計算機輔助工程. 2016(02)
[7]地鐵車輛制動時車輪閘瓦熱-機耦合分析[J]. 尹志凱,張軍,王春艷.  大連交通大學學報. 2015(04)
[8]基于熱—機耦合的大軸重車輪踏面制動熱負荷仿真分析[J]. 李蘭,常崇義.  鐵道機車車輛. 2014(02)
[9]機車車輪對流傳熱系數(shù)計算[J]. 朱琳,王勵,石偉.  計算機輔助工程. 2014(01)
[10]用試驗再現(xiàn)踏面熱裂紋及其萌生條件[J]. 半田 和行,彭惠民.  國外鐵道車輛. 2013(05)

碩士論文
[1]鐵路貨車車輛制動系統(tǒng)運用及故障分析研究[D]. 白天宇.中國鐵道科學研究院 2018
[2]地鐵車輛踏面制動下車輪熱負荷仿真分析[D]. 趙凱凱.蘭州交通大學 2018
[3]車輪踏面制動熱負荷仿真分析[D]. 張琪.西南交通大學 2016
[4]貨車鑄鋼車輪踏面制動熱損傷行為研究[D]. 宋琳.北京交通大學 2016



本文編號：3667620