鱼类在运动过程中会根据周围环境的变化而自发的改变自己所处的位置,同时,鱼类会改变自身的运动方式来提高自己的推进效率,因此,探究鱼类运动过程中与周围流体的相互作用,有利于进一步了解鱼类运动中的内在机理,为人造仿生推进器的设计提供重要参考价值。本文提出了一种全新的实验测量处理算法,有效提高了实验测量结果的准确性,为获得真实的流场信息提供了更准确的方法。同时,本文利用浸入边界法,数值模拟了扑翼尾迹中全自由细丝的运动特性,及静止流场中单根细丝的自主推进效能。深入研究了探究自然界生物的高效推进机理,对水下仿生推进器的设计研究有着重大意义。本文基于传统互相关实验算法,提出了一种全新的时空优化的互相关处理算法,探讨了最小归一化互相关项的残差、空间平滑度分量和时间平滑度分量的组合,验证了计算程序的准确性。通过对均匀各向同性湍流、Batchelor涡和正弦涡的直接数值模拟的合成示踪图像,通过与经典互相关方法和全局优化方法的比较,检验了时空优化方法的性能。这些测试表明,时空优化方法在时间序列记录上给出了更好的结果。对于真实实验中涡环的PIV测量,时空优化方法提供了更好的结果,同时可以更好地捕获更多的小尺度流动结构。此后,研究和讨论了图像背景噪声对算法准确性的影响,时空优化方法能够克服图像背景噪声的影响,提供了更好的结果。本文数值模拟了扑翼尾迹中全自由柔性细丝的被动运动情况,得到了细丝能够自主向逆来流方向推进的参数条件。Re=50,细丝无法被动向逆来流方向推进;Re=100,D≤1.5,细丝先向来流方向运动0.6,随后向逆来流方向推进,直至碰到扑翼后被带出尾迹,D＞1.5,细丝无法被动向逆来流方向推进;Re=255,2.0≤D≤2.2,细丝先向逆来流方向推进0.6,随后向来流方向运动0.3,最后继续向逆来流方向推进至原始位置后保持稳定,D＞2.2,细丝无法被动向逆来流方向推进。细丝能够被动向逆来流方向推进的条件为细丝头尾两端点之间存在压强差。本文数值模拟了静止流场中单根细丝的自推进运动,探究了影响自推进效能的因素。数值模拟结果表明,当细丝的推进频率f＞0.4时,细丝的推力系数和推进效率显著提升,并且细丝在运动过程中会出现团缩现象,其中,推进频率f=0.65时,细丝的推力系数和推进效率最高。通过队流场和尾涡的分析,发现团缩现象产生的原因是因为细丝在静止流场中运动,带动周围流场运动,通过流固耦合,周围流场作用到细丝上,使得细丝拥有较大的诱导速度,从而导致细丝产生了团缩,而团缩现象的产生使得细丝获得了更大的推力和推进效率。同时,随着柔性的降低,细丝同样能够获得更大的推力和能量,同时提高推进效率。本文提出了用于处理实验测量结果的新算法,时空优化互相关算法,为处理实验测量结果提供了更准确的解决办法。同时,本文利用浸入边界法,数值模拟了扑翼尾迹中全自由细丝的被动运动和单根细丝的自推进运动,探究了细丝在不同参数下的运动特性,得到的结果为水下仿生推进器的设计提供了参考。