由于浸入边界法往往把流体和固体区域作为一个整体流体计算域对待,可使用固定均匀网格进行离散,相比传统的适体动网格方法,在计算过程中不需要更新网格,不仅节省了大量的计算资源,而且克服了动网格技术的固有缺陷,特别是在大位移大变形的流固耦合计算中显示出了极大的优越性。为此,本文主要基于一种隐式直接力投影浸入边界法来研究固体-流体的相互耦合理论,即固体边界离散点的作用力密度通过强制满足固壁的无滑移边界条件隐式导出,同时,通过光滑函数δ,将固体边界离散点的作用力密度转换到流体的欧拉网格点上,实现对流场速度的修正。借助求解不可压缩Navier-Stokes方程组的分步投影方法的思想,来求解基于浸入边界法的耦合系统方程。具体的研究内容有如下几个方面：(1)基于浸入边界法的思想,建立三维隐式直接力投影浸入边界法求解三维固体-流体耦合作用的数学模型。在空间离散上,采用有限差分法对Navier-Stokes方程进行数值离散,对流项采用Quick迎风格式,扩散项采用中心差分格式,时间项采用二阶显式Adams-Bashforth法。(2)计算固体体积力时利用等间距的离散节点代替浸入边界,然后利用光滑函数δ,将欧拉流体网格点上的速度转换到固体边界离散点上,得到固体边界离散点的计算速度。为满足固壁的无滑移边界条件,让固体边界离散点的计算速度等于固体边界的真实物理速度,从而隐式求得固体边界离散点的作用力密度。同时,通过光滑函数δ,将固体边界离散点的作用力密度转换到流体的欧拉网格点上,实现对流场速度的二次修正。(3)对有限差分法离散三维压力泊松方程得出的超大型稀疏线性代数方程组,用数据格式Eigen存储稀疏系数矩阵,使用面迭代法结合二维泊松方程的直接求解法(利用开源库UMFPACK求解)对三维泊松方程进行快速求解。(4)使用C++语言编写隐式直接力投影浸入边界法的计算程序,首先采用具有解析解的三维数学边值问题和槽道流验证结合面迭代法的泊松方程求解法的可行性和数值稳定性。然后利用该数值程序模拟二维水翼在不同主动摆动方式下对输入功率等参数的影响。最后,利用隐式直接力投影浸入边界法模拟三维球体绕流。