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制动时间的增大而减小。制动盘表面对流换热系数分布不均匀且没有明显规律。从整个制动盘外表面来看,外圆周面的对流换热系数较大。制动开始阶段摩擦面与外圆周面迎风区的对流换热系数大于背风区的对流换热系数,而在制动快要结束时,制动盘摩擦面和外圆周面背风区的对流换热系数要大于迎风区的;从制动盘内部通道表面来看,散热筋表面的对流换热系数较大。在制动开始时摩擦面与外圆周面迎风区的的对流换热系数大于背风区的。在制动即将结束的时候,制动盘内部通道盘面和散热筋表面处的对流换热系数呈背风区的大于迎风区的。3.制动过程中任一时刻制动盘的最高温度均出现在摩擦面上,其值呈现为先增大后减小的趋势。任一时刻的制动盘最低温度均出现在车轴和制动盘与车轴的连接处;从制动盘外表面来看,其温度随制动时间的增加均呈现为先增大后减小的趋势,温度的增长速率也由快到慢。在制动开始时,制动盘表面的温度持续升高。在摩擦面温度达到最高温度后,温度便逐渐降低;摩擦面在径向有着较大的温度梯度,随着制动时间的增加,摩擦面上的最高温度位置始终出现在外侧;从制动盘内部通道表面来看,其温度随制动时间的增加温度逐渐增大。在制动开始时,温度的增长比较缓慢,整个制动过程制动盘内部通道表面的温度都在持续上升。制动盘散热筋与内部通道盘面连接处周围的温度比较低。4.制动盘摩擦面不同半径处的节点温度随时间的变化趋势大致相同,任意时刻的径向温度随摩擦半径的减小而降低,温度曲线都是呈锯齿状上升。制动盘外圆周面轴向不同厚度处的节点温度随时间变化趋势大致相同,任意时刻的轴向温度随着节点距摩擦面的距离增加而降低,温度曲线也呈锯齿状逐渐上升,在制动末期时各节点的温度大致趋于相同。