高速列车制动盘传热特性的数值研究
发布时间：2023-01-03 19:35
制动盘正常地工作且制动效果稳定是列车安全运行的保障之一。高速列车在紧急制动过程中会产生大量的热能,制动盘受到巨大的热负荷从而温度迅速升高,而制动盘表面的对流换热系数的大小,会影响制动盘在制动过程中的散热程度。如果制动盘温度过高,就容易发生制动失效、热衰退以及局部高温,甚至会产生热裂纹,最后导致制动盘断裂,严重影响了列车安全运行。因此研究制动盘制动过程中的传热性能以及温度场,对制动盘的结构设计与寿命评估具有重大的意义。本文以初速度为250km/h的高速列车制动盘为研究对象,对紧急制动工况下制动盘的制动过程进行研究。根据制动盘制动原理以及热分析基础理论,建立了三维实体模型,详细介绍了热流密度的计算方法、热流的加载方式以及热分析相关的边界条件。采用数值模拟方法计算并分析了制动盘在制动过程中的传热特性及温度场,并进行了对流换热系数模拟结果的验证,得到的结论如下:1.制动盘在紧急制动过程中,制动盘周围空气的流动现象属于湍流流动,制动盘周围与内部的空气形成了复杂的涡结构。2.不同的制动时刻每个面所对应的对流换热系数是不同的,并且不同表面上对应的流换热系数的分布也不同。制动盘表面的平均对流换热系数随...
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高速列车的制动
1.2.1 高速列车制动盘制动原理
1.2.2 高速列车的制动方式
1.2.3 闸瓦制动与盘型制动
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 该领域存在的问题
1.5 论文主要研究内容
2 制动盘结构及热分析基础理论
2.1 制动盘的结构与模型
2.2 热流密度计算方法
2.2.1 摩擦副热流分配系数
2.2.2 热流密度计算
2.3 制动盘的热传递方式
2.4 热边界条件
2.5 本章小结
3 ANSYS软件介绍及计算前处理
3.1 ANSYS概述
3.2 制动盘计算模型
3.3 热分析的假设条件和边界条件
3.3.1 热分析假设条件
3.3.2 热分析边界条件
3.4 计算模型的网格划分
3.4.1 网格生成技术
3.4.2 边界层网格划分
3.4.3 计算模型网格划分
3.5 控制方程
3.5.1 对流换热的控制方程
3.5.2 湍流对流换热的雷诺时均方程
3.6 湍流求解模型
3.6.1 湍流模型的类型
3.6.2 壁面函数和近壁模型
3.6.3 湍流边界条件设置
3.6.4 运动参考系模型
3.7 Fluent数值模拟相关设置
3.8 本章小结
4 制动盘周围空气流场以及对流换热特性模拟结果分析
4.1 制动盘表面附近空气的速度流场分布
4.2 对流换热系数数值模拟结果的验证
4.2.1 整个制动盘表面对流换热系数的验证
4.2.2 外表面对流换热系数与内部通道面对流换热系数的验证
4.3 制动盘平均对流换热特性分析
4.4 制动盘外表面平均对流换热特性分析
4.5 制动盘内部通道平均对流换热特性分析
4.6 本章小结
5 制动盘温度场模拟结果分析
5.1 整个制动盘温度场分析
5.1.1 制动盘温度场分布特性分析
5.1.2 制动盘外表面温度特性分析
5.1.3 制动盘内部通道表面温度特性分析
5.2 制动盘表面温度径向分布特性
5.3 制动盘表面温度轴向分布特性
5.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录A 对流换热系数-时间数据
附录B 温度-时间数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]制动盘散热筋结构设计与热容量分析[J]. 卢术娟,周素霞,杨文澈,孙宇铎,白小玉. 中国科技论文. 2019(06)
[2]基于瞬态温升仿真的列车制动盘结构研究[J]. 左建勇,刘家良,胡果,顾亦豪. 机械设计与制造工程. 2018(09)
[3]盘式制动器摩擦副热力场应力场耦合分析[J]. 孙连伟. 机械设计与制造. 2016(03)
[4]基于移动热源的盘式制动器三维瞬态温度场仿真分析[J]. 张建辉,张兵,闫先朝. 湖北汽车工业学院学报. 2015(01)
[5]高速列车制动盘表面对流换热系数的研究进展[J]. 金星,魏秀琴. 企业技术开发. 2014(28)
[6]机车车轮对流传热系数计算[J]. 朱琳,王励,石伟. 计算机辅助工程. 2014(01)
[7]基于有限元法的面接触摩擦热流分配系数反推研究[J]. 尹延国,邢大淼,尤涛,俞建卫,魏巍. 摩擦学学报. 2012(06)
[8]基于摩擦功率法的列车制动盘瞬态温度场分析[J]. 张乐乐,杨强,谭南林,李卫京. 中国铁道科学. 2010(01)
[9]快速列车盘型制动热过程有限元分析[J]. 赵海燕,张海泉,汤晓华,林健,蔡志鹏. 清华大学学报(自然科学版). 2005(05)
[10]铁路列车制动盘常用材料的热疲劳性能研究[J]. 王文静,谢基龙,李强,韩建民. 机械工程材料. 2005(02)
博士论文
[1]基于闸片结构的列车盘形制动温度和应力的数值模拟及试验研究[D]. 农万华.大连交通大学 2012
[2]列车盘式制动器温度场与振动模态的分析研究[D]. 王国顺.大连交通大学 2011
硕士论文
[1]高速列车制动盘传热特性及热负荷的数值研究[D]. 任慧芳.兰州交通大学 2019
[2]高速列车扇形柱直肋制动盘内部通道传热特性的实验研究[D]. 黄晨.兰州交通大学 2018
[3]散热筋结构盘式制动器热应力耦合分析及优化[D]. 阚云峰.江苏大学 2017
[4]高速列车制动盘流场和温度场仿真[D]. 何振帆.西南交通大学 2017
[5]热流固耦合效应对高速列车制动性能影响的研究[D]. 马永江.吉林大学 2016
[6]高速列车制动盘传热特性实验研究[D]. 金星.兰州交通大学 2015
[7]高速列车制动装置的温度场与热应力耦合分析[D]. 邹本涛.兰州理工大学 2013
[8]列车制动盘温度场和应力场仿真与分析[D]. 杨强.北京交通大学 2009
[9]基于ANSYS的高速列车制动盘数值模拟[D]. 王晓东.西南交通大学 2009
本文编号：3727463
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 高速列车的制动
1.2.1 高速列车制动盘制动原理
1.2.2 高速列车的制动方式
1.2.3 闸瓦制动与盘型制动
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内研究现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 该领域存在的问题
1.5 论文主要研究内容
2 制动盘结构及热分析基础理论
2.1 制动盘的结构与模型
2.2 热流密度计算方法
2.2.1 摩擦副热流分配系数
2.2.2 热流密度计算
2.3 制动盘的热传递方式
2.4 热边界条件
2.5 本章小结
3 ANSYS软件介绍及计算前处理
3.1 ANSYS概述
3.2 制动盘计算模型
3.3 热分析的假设条件和边界条件
3.3.1 热分析假设条件
3.3.2 热分析边界条件
3.4 计算模型的网格划分
3.4.1 网格生成技术
3.4.2 边界层网格划分
3.4.3 计算模型网格划分
3.5 控制方程
3.5.1 对流换热的控制方程
3.5.2 湍流对流换热的雷诺时均方程
3.6 湍流求解模型
3.6.1 湍流模型的类型
3.6.2 壁面函数和近壁模型
3.6.3 湍流边界条件设置
3.6.4 运动参考系模型
3.7 Fluent数值模拟相关设置
3.8 本章小结
4 制动盘周围空气流场以及对流换热特性模拟结果分析
4.1 制动盘表面附近空气的速度流场分布
4.2 对流换热系数数值模拟结果的验证
4.2.1 整个制动盘表面对流换热系数的验证
4.2.2 外表面对流换热系数与内部通道面对流换热系数的验证
4.3 制动盘平均对流换热特性分析
4.4 制动盘外表面平均对流换热特性分析
4.5 制动盘内部通道平均对流换热特性分析
4.6 本章小结
5 制动盘温度场模拟结果分析
5.1 整个制动盘温度场分析
5.1.1 制动盘温度场分布特性分析
5.1.2 制动盘外表面温度特性分析
5.1.3 制动盘内部通道表面温度特性分析
5.2 制动盘表面温度径向分布特性
5.3 制动盘表面温度轴向分布特性
5.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录A 对流换热系数-时间数据
附录B 温度-时间数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]制动盘散热筋结构设计与热容量分析[J]. 卢术娟,周素霞,杨文澈,孙宇铎,白小玉. 中国科技论文. 2019(06)
[2]基于瞬态温升仿真的列车制动盘结构研究[J]. 左建勇,刘家良,胡果,顾亦豪. 机械设计与制造工程. 2018(09)
[3]盘式制动器摩擦副热力场应力场耦合分析[J]. 孙连伟. 机械设计与制造. 2016(03)
[4]基于移动热源的盘式制动器三维瞬态温度场仿真分析[J]. 张建辉,张兵,闫先朝. 湖北汽车工业学院学报. 2015(01)
[5]高速列车制动盘表面对流换热系数的研究进展[J]. 金星,魏秀琴. 企业技术开发. 2014(28)
[6]机车车轮对流传热系数计算[J]. 朱琳,王励,石伟. 计算机辅助工程. 2014(01)
[7]基于有限元法的面接触摩擦热流分配系数反推研究[J]. 尹延国,邢大淼,尤涛,俞建卫,魏巍. 摩擦学学报. 2012(06)
[8]基于摩擦功率法的列车制动盘瞬态温度场分析[J]. 张乐乐,杨强,谭南林,李卫京. 中国铁道科学. 2010(01)
[9]快速列车盘型制动热过程有限元分析[J]. 赵海燕,张海泉,汤晓华,林健,蔡志鹏. 清华大学学报(自然科学版). 2005(05)
[10]铁路列车制动盘常用材料的热疲劳性能研究[J]. 王文静,谢基龙,李强,韩建民. 机械工程材料. 2005(02)
博士论文
[1]基于闸片结构的列车盘形制动温度和应力的数值模拟及试验研究[D]. 农万华.大连交通大学 2012
[2]列车盘式制动器温度场与振动模态的分析研究[D]. 王国顺.大连交通大学 2011
硕士论文
[1]高速列车制动盘传热特性及热负荷的数值研究[D]. 任慧芳.兰州交通大学 2019
[2]高速列车扇形柱直肋制动盘内部通道传热特性的实验研究[D]. 黄晨.兰州交通大学 2018
[3]散热筋结构盘式制动器热应力耦合分析及优化[D]. 阚云峰.江苏大学 2017
[4]高速列车制动盘流场和温度场仿真[D]. 何振帆.西南交通大学 2017
[5]热流固耦合效应对高速列车制动性能影响的研究[D]. 马永江.吉林大学 2016
[6]高速列车制动盘传热特性实验研究[D]. 金星.兰州交通大学 2015
[7]高速列车制动装置的温度场与热应力耦合分析[D]. 邹本涛.兰州理工大学 2013
[8]列车制动盘温度场和应力场仿真与分析[D]. 杨强.北京交通大学 2009
[9]基于ANSYS的高速列车制动盘数值模拟[D]. 王晓东.西南交通大学 2009
本文编号：3727463
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3727463.html
