生物推进是人造推进器设计的重要参照对象。生物高性能推进的机理已经开始应用于微型飞行器和自动水下航行器的设计。但目前人造推进器的性能远低于相应的自然生物。为了提高人造推进器的性能，我们需要研究生物体通过特定的身体结构或运动方式对周围流动进行控制的详细过程。这一过程中粘性非定常流动占主导地位，经典的定常空气动力学理论不再适用。掌握生物体周围详细的三维流场信息是理解这一过程的基础。实验方法难以对生物体周围的三维流动进行测量。数值模拟的方法可以给出详细的三维非定常流场信息和生物受力信息。　　 采用数值方法研究生物推进的主要困难在于复杂几何形状/运动边界的数值处理和三维流动方程的高效求解。针对上述问题，本文发展了浸入边界方法和并行算法，自主开发了三维Navier-Stokes方程并行求解程序，并对金枪鱼游动和蝙蝠飞行两个典型的生物推进问题进行了分析。主要的创新性工作包括：　　 1．发展了一种新的基于离散流函数算法的浸入边界方法。该方法在离散流函数算法的框架下，实现了浸入边界方法中等效体积力的半隐式施加。这种等效体积力的半隐式施加方法，避免了全隐式等效体积力施加过程中引起的计算量的显著增加，同时减少了显式等效体积力的施加过程中引入的边界滑移误差。另外，离散流函数方法与浸入边界方法的结合使该方法避免了常规投影算法中由压力修正过程引入的边界滑移误差。　　 2．发展了基于非结构笛卡尔网格的浸入边界方法的并行算法。浸入边界方法采用一组拉格朗日点描述物体的边界形状和运动。当物体在计算域中自由运动时，这组拉格朗日点穿梭于各个子区域(CPU)之间。如何高效地在拉格朗日点和分散于各个子区域(CPU)中的欧拉点之间进行高效的插值是提高并行性能的关键。本文提出了一种“收集-散发”模式，通过传递欧拉点上的量，减少了拉格朗日点追踪计算中的通信开销，提高了运动边界并行处理的效率。另外，本文还提出了“无缝连接”的方法简化了非结构笛卡尔网格子区域间通信关系的描述。　　 3．分析了金枪鱼巡游过程中小鳍的存在对推力和流场结构的影响。通过对附带/不附带小鳍结构的金枪鱼模型游动中受力特点和流场结构的比较和分析，本文发现小鳍的存在不能改进金枪鱼巡游状态下的性能。金枪鱼身体边界层卷起形成的涡结构与小鳍产生的涡结构的相互干扰使小鳍对流动的影响仅限于尾柄附近的局部区域。　　 4．给出了蝙蝠周围详细的三维非定常流场信息。由于蝙蝠翼的强伸展-收缩性和多关节性，蝙蝠周围的三维流场信息难以用实验方法测量。本文通过数值模拟的方法，给出了的悬停，低速飞行和巡航状态下蝙蝠飞行中的详细流场特征和受力规律。根据所得到的流场信息，本文发现蝙蝠翼的伸展-收缩运动有助于提高蝙蝠飞行的机动性。