多体系统绕流场是典型的复连通区域,此类流场的典型代表是多柱体和多球体绕流问题,它们广泛存在于自然界和各种工程生产设备中。多体系统绕流研究涉及到流动模式的转捩、流场涡结构的识别及其相互作用分析以及工程应用中特别关注的宏观流体力响应行为等等多方面的物理特性研究。由于复连通区域的复杂性使得对于多体系统绕流场很难甚至不可能获得满意的分析解,因此实验研究和数值模拟代替理论分析成为多体系统研究的主要手段,特别是在计算手段和计算技术飞跃发展的今天数值模拟发挥着越来越大的作用。然而复连通区域的网格生成困难阻碍了单区域贴体系统求解方法的应用,而研究多体系统在振荡状态下的流场物理特性更是对数值模拟技术提出了巨大的挑战。根据作者的文献查新工作发现,建立在非结构网格基础上的有限元方法及谱元方法在复杂几何形体绕流的数值模拟上做出了巨大贡献;而传统的有限差分方法由于采用的网格系统具有很强的结构性限制,缺乏对复杂计算域的适应能力,因此有限差分算法极少涉足复杂多体系统的研究。本文作者根据合则分之、分则合之的辩证思想,分别采用区域分解算法和虚拟体方法解决了复连通区域的网格生成问题,在此基础上选用合适的差分离散算法,很好的模拟研究了多体振荡系统的绕流场,分析了若干典型复杂多体系统的流态转捩情况和动力响应特征。本文设计的基于分块思想及虚拟体思想上的差分算法在解决复杂区域网格生成困难的同时,很好的保留了传统差分算法的高精度和高分辨率特性,这对于研究流体流动这一具有多尺度特征的物理问题起着不可或缺的重要性。 本文第一部分设计和实现了高精度的分块耦合算法程序。算法专门针对不可压缩粘性流体,采用任意曲线坐标系下的原始变量形式的N-S方程进行描述。差分离散过程中对粘性空间导数项选用四阶精度的Pade紧致格式;为了保证算法的稳定性,对流空间项用傅德薰、马延文等人提出的三阶迎风紧致格式离散:时间坐标上采用低存储要求的四阶显式Runge-Kutta格式离散。程序中实现了两类内边界处理算法处理子域之间的流场信息传递:即处理重叠对接子域的Dirichlet条件,相当于Schwarz算法:对于异构子域网格之间的信息传递采用Dirichlet-Neumann边界耦合算法。借助公开的MPI并行库编写了算法的并行机版本,并在浙江大学工程与科学计算中心的SGI Onyx3900并行机上平稳的运行了绝大多数的计算任务,避免了传统PC机上运行大容量问题对硬件配置的苛刻要求。对流场进行分区时需要同时兼顾每个子域上的计算载荷平衡问题,这对提高并行效率至关重要。 文中用高精度分块程序模拟了雷诺数在20～1000之间的单圆球绕流场,揭示