我国目前正在全方位建成小康社会的关键时刻,加快高速铁路的研发对中国梦的实现和伟大复兴具有重要意义。位于我国兰新第二双线的百里风区,受其地理因素的影响,经常产生沙尘暴天气,期间瞬时风速高达64 m/s,并且沿线大风夹杂着沙粒,严重危及了列车的行驶安全。因此,本文通过以下几个方面研究风沙耦合对高速列车冲蚀性和气动性的影响。(1)基于CFD(Computational Fluid Dynamics)流体力学,建立高速列车空气动力学模型。使用三维、定常、不可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程和标准κ-ε两方程湍流控制模型。利用欧拉-拉格朗日方法模拟计算沙粒在不同入射角度、不同沙粒直径和不同浓度情况下对列车头车的冲蚀。研究结果表明:在强风沙环境下,高速列车迎风面为最大正压区,受到的冲蚀最为严重。当沙粒入射角度不断增大,头车最大正压区随之增大,且冲蚀面积也随之增加,其主要冲蚀部位在列车最大正压区;当沙粒入射角度为45°时,冲蚀率最大;风速和沙粒浓度不变时,列车头车冲蚀率随沙粒粒径的增加呈先减小后稳定的趋势;风速和沙粒直径不变时,头车冲蚀率随沙粒浓度增长呈线性增加,且冲蚀区域不断密集,但冲蚀形状并未有较大变化,均为多边形形状。(2)研究风沙环境下,列车在不同路况(平地、路堤和桥梁)上运行时的气动特性。研究结果表明:高速列车在有沙环境下的表面压力远大于无沙环境;受到横向风影响时,列车最大正压区从车头鼻尖处向迎风侧偏移。有沙环境下,列车迎风侧的正压区显著扩大,严重影响了列车的安全行驶。受到气动阻力最大部位为列车头车,并且沙粒极大影响了头车的阻力,较无沙环境头车阻力增加了10%～12%;承受倾覆力矩最大部位为头车,倾覆力矩最小部位为尾车,受力方向与头车相反。(3)研究不同路况和不同路堤高度下列车周围压力分布和流场分布。结果表明:平地路况最大正压区最小,列车两侧压力差较小;桥梁路况最大正压区最大,列车两侧压力差相比较大;桥梁路况迎风侧凹槽处产生漩涡,且在桥梁背风侧产生双回流现象。随着路堤高度的增加漩涡区域也在增大,漩涡主要出现在负压区,严重影响行车安全。