制動盤正常地工作且制動效果穩(wěn)定是列車安全運(yùn)行的保障之一。高速列車在緊急制動過程中會產(chǎn)生大量的熱能,制動盤受到巨大的熱負(fù)荷從而溫度迅速升高,而制動盤表面的對流換熱系數(shù)的大小,會影響制動盤在制動過程中的散熱程度。如果制動盤溫度過高,就容易發(fā)生制動失效、熱衰退以及局部高溫,甚至?xí)a(chǎn)生熱裂紋,最后導(dǎo)致制動盤斷裂,嚴(yán)重影響了列車安全運(yùn)行。因此研究制動盤制動過程中的傳熱性能以及溫度場,對制動盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計與壽命評估具有重大的意義。本文以初速度為250km/h的高速列車制動盤為研究對象,對緊急制動工況下制動盤的制動過程進(jìn)行研究。根據(jù)制動盤制動原理以及熱分析基礎(chǔ)理論,建立了三維實(shí)體模型,詳細(xì)介紹了熱流密度的計算方法、熱流的加載方式以及熱分析相關(guān)的邊界條件。采用數(shù)值模擬方法計算并分析了制動盤在制動過程中的傳熱特性及溫度場,并進(jìn)行了對流換熱系數(shù)模擬結(jié)果的驗(yàn)證,得到的結(jié)論如下:1.制動盤在緊急制動過程中,制動盤周圍空氣的流動現(xiàn)象屬于湍流流動,制動盤周圍與內(nèi)部的空氣形成了復(fù)雜的渦結(jié)構(gòu)。2.不同的制動時刻每個面所對應(yīng)的對流換熱系數(shù)是不同的,并且不同表面上對應(yīng)的流換熱系數(shù)的分布也不同。制動盤表面的平均對流換熱系數(shù)隨... 

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)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 高速列車的制動
        1.2.1 高速列車制動盤制動原理
        1.2.2 高速列車的制動方式
        1.2.3 閘瓦制動與盤型制動
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國外研究現(xiàn)狀
    1.4 該領(lǐng)域存在的問題
    1.5 論文主要研究內(nèi)容
2 制動盤結(jié)構(gòu)及熱分析基礎(chǔ)理論
    2.1 制動盤的結(jié)構(gòu)與模型
    2.2 熱流密度計算方法
        2.2.1 摩擦副熱流分配系數(shù)
        2.2.2 熱流密度計算
    2.3 制動盤的熱傳遞方式
    2.4 熱邊界條件
    2.5 本章小結(jié)
3 ANSYS軟件介紹及計算前處理
    3.1 ANSYS概述
    3.2 制動盤計算模型
    3.3 熱分析的假設(shè)條件和邊界條件
        3.3.1 熱分析假設(shè)條件
        3.3.2 熱分析邊界條件
    3.4 計算模型的網(wǎng)格劃分
        3.4.1 網(wǎng)格生成技術(shù)
        3.4.2 邊界層網(wǎng)格劃分
        3.4.3 計算模型網(wǎng)格劃分
    3.5 控制方程
        3.5.1 對流換熱的控制方程
        3.5.2 湍流對流換熱的雷諾時均方程
    3.6 湍流求解模型
        3.6.1 湍流模型的類型
        3.6.2 壁面函數(shù)和近壁模型
        3.6.3 湍流邊界條件設(shè)置
        3.6.4 運(yùn)動參考系模型
    3.7 Fluent數(shù)值模擬相關(guān)設(shè)置
    3.8 本章小結(jié)
4 制動盤周圍空氣流場以及對流換熱特性模擬結(jié)果分析
    4.1 制動盤表面附近空氣的速度流場分布
    4.2 對流換熱系數(shù)數(shù)值模擬結(jié)果的驗(yàn)證
        4.2.1 整個制動盤表面對流換熱系數(shù)的驗(yàn)證
        4.2.2 外表面對流換熱系數(shù)與內(nèi)部通道面對流換熱系數(shù)的驗(yàn)證
    4.3 制動盤平均對流換熱特性分析
    4.4 制動盤外表面平均對流換熱特性分析
    4.5 制動盤內(nèi)部通道平均對流換熱特性分析
    4.6 本章小結(jié)
5 制動盤溫度場模擬結(jié)果分析
    5.1 整個制動盤溫度場分析
        5.1.1 制動盤溫度場分布特性分析
        5.1.2 制動盤外表面溫度特性分析
        5.1.3 制動盤內(nèi)部通道表面溫度特性分析
    5.2 制動盤表面溫度徑向分布特性
    5.3 制動盤表面溫度軸向分布特性
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄A 對流換熱系數(shù)-時間數(shù)據(jù)
附錄B 溫度-時間數(shù)據(jù)


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]列車盤式制動器溫度場與振動模態(tài)的分析研究[D]. 王國順.大連交通大學(xué) 2011

碩士論文
[1]高速列車制動盤傳熱特性及熱負(fù)荷的數(shù)值研究[D]. 任慧芳.蘭州交通大學(xué) 2019
[2]高速列車扇形柱直肋制動盤內(nèi)部通道傳熱特性的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 黃晨.蘭州交通大學(xué) 2018
[3]散熱筋結(jié)構(gòu)盤式制動器熱應(yīng)力耦合分析及優(yōu)化[D]. 闞云峰.江蘇大學(xué) 2017
[4]高速列車制動盤流場和溫度場仿真[D]. 何振帆.西南交通大學(xué) 2017
[5]熱流固耦合效應(yīng)對高速列車制動性能影響的研究[D]. 馬永江.吉林大學(xué) 2016
[6]高速列車制動盤傳熱特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 金星.蘭州交通大學(xué) 2015
[7]高速列車制動裝置的溫度場與熱應(yīng)力耦合分析[D]. 鄒本濤.蘭州理工大學(xué) 2013
[8]列車制動盤溫度場和應(yīng)力場仿真與分析[D]. 楊強(qiáng).北京交通大學(xué) 2009
[9]基于ANSYS的高速列車制動盤數(shù)值模擬[D]. 王曉東.西南交通大學(xué) 2009



本文編號：3727463