海洋牧场是在某一海域内遵循海洋的自然规律,采用现代化技术对其进行科学管理,有计划性地培育和管理渔业资源的人工海上养殖场。在海洋牧场建设中,人工鱼礁是一种人为的布置在海底的水下构造物,用来模拟自然礁体的一些特性,可以起到保护和增殖鱼类产量,繁荣休闲渔业活动以及减小海岸侵蚀的作用。人工鱼礁的结构设计与投礁区域的选择主要与其本身的水动力特性相关。人工鱼礁在海洋中的波流水动力过程主要包括波浪、海流等与礁体的相互作用,一方面体现在鱼礁的流场效应；另一方面主要涉及礁体的力学稳定性。在以往人工鱼礁水动力特性研究中,人们多通过理论公式计算和简单的物理与数值模拟实验对单个种类人工鱼礁的流场和受力进行分析与讨论。这些研究往往受到实验方法与条件、理论深度和研究精度等诸多方面的影响和限制,未能全面系统地认识与掌握人工鱼礁的水动力特性。本论文主要以透空式和非透空式两类人工鱼礁作为研究对象,对不同形状的单体和双体组合人工鱼礁的流场效应和阻力特性进行了研究,并选取两种代表性的人工鱼礁对其水动力特性进行深入分析与讨论。以计算流体动力学理论为基础,运用计算流体动力学软件FLUENT,对人工鱼礁的水动力特性进行了定性和定量的数值研究,得到了单体和双体组合人工鱼礁的三维流场效应、压力分布和阻力特性。将数值模拟结果与采用粒子图像测速(PIV)技术和波流阻力水槽实验的结果进行对比分析,得到了较为吻合的结果,从而两种方法得到了互相验证,确保了结果的准确性和可靠性。首先,本文建立了针对单体透空型正方体和实体星型人工鱼礁周围复杂的非定常湍流的数值模型。该模型基于对三维Navier-Stokes方程的求解,采用有限体积法对方程进行离散。数值结果预测了单体人工鱼礁周围复杂的三维流场结构。为了验证数值模拟结果的准确性,PIV技术被应用到人工鱼礁的流场实验中,得到了鱼礁周围流场的分布情况,并且与数值实验结果对比吻合较好。在此基础上,采用已建立的数值模型进一步分析和讨论了鱼礁高度和摆放形式对其周围流场的影响效果。另外,还对复合M型、球型、倒V型和圆管型的人工鱼礁的PIV流场实验结果进行了介绍和分析,增进了对不同形状人工鱼礁流场结构的认识。其次,以双体正方体和星型人工鱼礁作为研究对象,采用计算流体动力学数值方法和PIV技术得到了组合人工鱼礁的流场分布状况,并取得了较为一致的结果,更进一步验证了该数值方法用于计算人工鱼礁群流场的可靠性。接下来采用数值模拟方法,获得了这两种人工鱼礁在不同组合形式和间距下的三维流场分布。讨论了正方体人工鱼礁在横向和纵向两种组合形式下,鱼礁间距的变化对其上升流和水平流场的影响。同时对两星型人工鱼礁之间流场随间距增加所产生的变化进行了详细的阐述和分析。最后,鱼礁的稳定性是实现其功能的最重要的保障。礁区的底质条件是决定鱼礁稳定性的最重要的因素之一。鱼礁的稳定性在很大程度上还取决于周围的物理环境以及波浪、水流和礁体系统的相互作用。通过波流水槽实验,假定鱼礁投放区域底质坚硬,不发生移动,获得了单体和组合人工鱼礁模型分别在水流和波浪作用下的受力,可以作为礁体实际受力计算的基础。建立了人工鱼礁在水流作用下的阻力计算数值模型,并取得了与水槽实验数据相吻合的结果,进而得出了鱼礁水阻力系数随雷诺数的变化规律,找出了鱼礁的自动模型区域。还建立了三维波浪数值水槽,获得了正方体鱼礁在线性规则波浪作用下的受力及其流场分布情况,研究了周期和波高的变化对鱼礁受力的影响。同时以正方体和星型人工鱼礁作为案例,计算出这两种鱼礁在布设海域的抗滑移系数与抗倾覆系数,对其稳定性进行了校核。