列车通过时钢轨表面瞬态对流传热特性实验与数值研究

【摘要】：随着列车的高速化和重载化,轮轨间的接触疲劳越来越严重,运行过程中轮轨接触区域所产生的摩擦热也大幅增加,钢轨表层的热量若没有及时散失掉,就会使接触区温度急剧升高,导致钢轨强度降低,机械磨损加剧,甚至发生裂纹、剥离等破坏。由于对流传热是钢轨散热的重要形式,表征对流传热能力大小的参数——对流换热系数,直接影响钢轨表面的散热程度。因此本文的主要目的是获得列车通过时钢轨表面瞬态对流传热特性,从而为准确分析钢轨表面的瞬态传热提供依据。论文通过实验及数值两种方法对钢轨表面与周围空气所发生的对流传热过程进行分析研究。主要包括:(1)以CRH5列车为设计蓝本,根据相似原理,搭建了钢轨表面瞬态传热特性实验系统;(2)建立钢轨传热问题的物理及数学模型,选取合适的计算域,通过编写Fortran程序生成网格并计算钢轨表面温度场及速度场。论文得到以下结果:(1)钢轨表面的平均对流换热系数与列车运行速度成线性关系,平均对流换热系数随着速度的增加而增加;(2)钢轨轨头正表面的对流换热系数值大于其两个侧面的对流换热系数,并且钢轨靠近轮缘一侧的值稍小于其相对一侧的对流换热系数值;(3)车轮通过时,钢轨与车轮接触区各表面其瞬态对流传热系数均呈现先增大后减小的趋势。