近年中国高速铁路快速发展,时速400公里高速轮轨客运列车系统也已进入技术储备阶段,随着速度的不断提升,列车受到的空气动力学问题也愈发的明显,研究时速400公里列车的气动特性也具有现实意义和研究价值。目前在三维数值仿真中,研究列车明线运行大都采用静态绕流方式,即使用与列车运行速度相同的气流来吹过列车,模拟列车在该速度下的运行。由于在模拟时列车不运动与其在实际运行状况下相反,这导致研究列车周围的流场势必与实际状况有所差异。而模拟列车在明线运动时,又会因列车运动导致模型网格数量增多,从而增加计算时间。针对列车在明线运动导致网格增多的情况,本文将通过使用冻结的刚体运动方法来降低网格数量,同时为更加简便的使用该方法,编写Java命令来修改模型内相关参数来控制列车不同时刻的运动状态。并首先将冻结的刚体运动方法应用到旋成体列车模型上,通过与日本试验数据进行对比,验证所用方法的合理性和可靠性。接着使用此方法进行400公里列车明线运行时和通过隧道的计算,对比分析了两种不同方法模型在压力分布和速度流场的异同,以验证该方法,并分析其外部流场特征和受电弓流固耦合特性。得出以下结论:(1)通过与日本旋成体列车试验数据进行对比,验证了重叠网格方法在模拟列车运动的合理性和可行性。同时验证了冻结的刚体运动方法的可行性,在与日本旋成体列车试验数据进行比较时平均误差控制在4%左右,最大误差仅为6.7%,并使计算时间减少0.3小时,计算效率提升4.9%。(2)列车明线运行时,冻结方法模型的阻力系数与静态绕流模型的阻力系数相差仅3%,但采用冻结的刚体运动方法的模型与非冻结方法的模型相比,可节省13.3%网格数量,提高11.3%的计算时间。冻结方法与静态绕流方法在压力分布上大体相同,冻结方法在速度流场的细节和分布上均更接近于真实列车运行状况。不同速度对列车整车的气动阻力系数并无较大影响且,各部分占比基本相同,各车厢的气动阻力分布特性基本一样,头尾车占比最大,达到整车气动阻力的30%左右,不同部位中,转向架系统阻力占比最大,约37%左右;受电弓各部件的气动阻力不同,有大有小,拉杆占比最小,弓头占比最大,故弓头应成为为主要降阻对象;阻力占比第二位底座框架,约占34.9%,受电弓各部件的变形量从受电弓弓头向下一直到底座框架部位逐渐减小。(3)列车在通过隧道过程中,列车在明线运行时压差阻力占70%,摩擦阻力占30%,列车整车完全进入隧道后压差阻力占比最大,可到77%,此后压差阻力占比下降,摩擦阻力占比上升,摩擦阻力占比最大为压缩波经过列车,占比为41.5%。冻结方法和非冻结方法在计算隧道压力波及列车车身表面压力上基本相同,可见冻结方法同样可用于列车通过隧道的模拟计算。对隧道同一距离,不同位置的测点,最大压力值基本相同。不同距离,最大压力值呈现出距离隧道入口越远先增大后减小的趋势。对车身最大压力值呈现出距离头车越远越小的趋势。受电弓各部件周围的测点,其压力随时间的变化趋势基本相同,但是各测点的压力大小不同,受电弓各部件离导流罩(车身)垂直距离越远,其压力值越大,在通过隧道过程中,离导流罩底面越远的部件,其位移数值一般越小,离导流罩底面越近的部件,其变形数值一般也越大。