轮轨系统是铁路运输的重要零部件,随着列车速度越来越快,载重量越来越大,轮轨滚动接触过度疲劳,机械摩损严重,轮轨间的相对滑动产生大量的摩擦热,从而导致车轮热损伤加剧。轮轨接触区产生摩擦热的区域很小,使得车轮局部表面温度迅速上升,对轮轨的热应力、蠕滑率、粘着系数等产生了很大影响,降低列车运行的稳定性和安全性。研究车轮表面的对流换热系数对车轮蠕滑、制动、车轮与车轴传热,以及摩擦热传输规律等有着指导作用,对列车安全运营和降低运输成本以及发展高速列车具有重要意义。本文通过数值模拟方法对车轮表面与周围空气所发生对流过程进行分析研究。主要包括以下内容:分析车轮表面传热特性,简化轮轨物理模型,建立合理的轮轨计算域,通过ICEM CFD进行网格的生成,并用STAR-CCM+计算车轮传热过程中的温度场及速度场,进一步获得车轮表面平均对流传热系数和瞬态对流换热系数。结果表明:(1)车轮表面平均对流换热系数大小受列车运行速度影响,与列车速度呈抛物线关系。当速度低于一定值时,车轮表面平均对流换热系数随着速度增大而增大,当速度高于一定值时,对流换热系数随着速度的增大而减小。(2)在研究的工况中速度低于40 m/s时车轮踏面平均对流换热系数高于车轮轮缘平均对流换热系数,在速度高于40 m/s时车轮踏面平均对流换热系数低于车轮轮缘平均对流换热系数。(3)在研究的工况中速度低于50 m/s时车轮内表面平均对流换热系数与外表面平均对流换热系数接近,在速度高于50 m/s时内表面平均对流换热系数高于外表面平均对流换热系数。(4)当时间为车轮周期一半左右时车轮踏面、轮缘、内表面、外表面的瞬态对流换热系数先随时间增大而减小,然后随着时间增大而增大。