近年来,由于男性不育现象的增加和生殖医学科学地进步,人类精子游动机理的研究越来越受关注。当前精子在找寻卵子过程中出现的贴壁聚集和趋流性等游动特性的内在作用机制还不明确。通过实验我们很难直接去观测精子游动时相关的物理量和力学信号等的变化,所以本文采用仿真模拟手段重构精子在受精过程中的主要外界环境来研究精子的运动机理。这对探索人类精子受精过程中所展现特性的内在机理具有重要意义。作为当前数值模拟方法中研究和应用的热点,IB-LBM方法在处理复杂边界流固耦合问题时具有独特优势。不过在实际应用过程中IB-LBM方法仍然存在计算效率低、计算周期长和空间内存消耗大等问题。为了促进IB-LBM方法的发展和应用,本文拟对其计算方法进行优化,采用GPU-CUDA并行加速能够显著提高计算效率,采用多重网格技术能够节省存储空间和在提高计算效率的同时兼顾计算精度,采用多松弛模型有助于提高数值稳定性。论文主要完成如下工作:(1)IB-LBM数值方法的GPU-CUDA并行加速。对IB-LBM数值模拟中常用的二维D2Q9、三维D3Q19的单松弛和多松弛模型实现了GPU-CUDA并行加速。以圆柱绕流问题证实了CPU和GPU程序在数值计算上的无差性,在一定的计算规模范围内,GPU程序能够实现20-50倍加速。(2)采用双层网格技术对LBM进行计算规模优化,并在此基础上实现IB-LBM自适应网格细化。算例验证表明,时间插值格式对粗细网格交界处流场信息影响的差异较小,空间上的插值格式对相应结果的影响更明显,因此宜在空间上采用二阶拉格朗日插值格式。(3)研究了人类精子在壁面附近的游动规律。构建了基于GPU-CUDA和IB-LBM的2D和3D自推进精子游动模型,并研究了壁面附近精子的游动特性。研究结果表明:在一定范围内,精子越靠近壁面游动速度越快,其尾部所受到的平均压力和剪切力也越大,壁面的存在有助于精子加速游动和稳定游动。此外,在精子的贴壁聚集和逆流游动行为中时精子体上形成了有差异性的力学信号,因此其中可能存在主动调控因素。