高速和重载对列车速度和轴重提出了更高的要求,轮轨磨损、疲劳、热损伤等导致的车轮失效问题也变得日益严重。而由轮轨间的相对滑动产生的摩擦热是导致轮轨热损伤的主要原因。轮轨间摩擦热产生区域非常小,导致轮轨表面迅速升温,从而对轮轨材料性能、磨损、热应力、蠕滑率、粘着系数等产生很大的影响,给列车的行车安全带来很大的隐患。车轮表面的瞬态传热系数对车轮表面温度分布、摩擦热传输规律等起着决定性的作用,进而为研究轮轨关系提供理论依据。本文采用Fluent软件对车轮与周围空气的对流换热特性进行了分析研究。对标准k-ε和RNG k-ε两方程湍流模型以及近壁区采用的壁面函数法进行了详细的介绍。利用结构化网格对轮轨的流体区域进行离散,通过给定合理的边界条件,计算得到了车轮表面的平均对流换热系数和车轮表面上瞬态对流换热系数的分布情况。主要研究成果如下:(1)车轮各表面上的平均对流换热系数随着车速的增加呈近似线性增加。轮缘表面平均对流换热系数最大,内表面次之,外表面与踏面平均对流换热系数最小。(2)通过与实验值的对比,发现侧表面努赛尔数的模拟结果与实验值吻合度较高,而踏面及轮缘的吻合度较低。(3)在轮轨接触区,踏面表面的对流换热系数出现剧烈变化,在265°到270°之间的曲线上对流换热系数保持了较高值,而后向两边迅速降低。(4)在车轮内表面上半径介于0.22 m和0.28 m处的对流换热系数处于较高水平,而后向两边逐渐减小。(5)在迎风区,车轮外表面上小半径处的对流换热系数要比大半径处的对流换热系数大;在背风区大半径处的对流换热系数比小半径处的对流换热系数大。在径向方向上,半径为0.15 m处是对流换热系数变化的一个拐点,拐点前,四条曲线上对流换热系数变化趋势基本相同,拐点以后四条曲线上的对流换热系数表现出了不同的变化趋势。(6)通过对不同表面上对流换热系数的最大值与最小值之比可以发现,踏面表面的变化最剧烈,内表面次之,外表面与轮缘变化最小。(7)通过对踏面及轮缘表面在迎风区、背风区和接触区的对流换热系数的最大值与最小值之比可以发现,接触区的变化最剧烈,背风区次之,迎风区变化最小。