作为最常见的水中生物，鱼类在漫长的自然选择和进化过程中，逐渐形成了最适宜于游动的几何外形以及超强的游动能力。它们对流动进行控制的能力远远超过了所有的人造机器，对其游动的生物学以及流体力学机理进行研究，有助于推动人造水下航行器的发展。最近几十年，有关鱼类外流的流体力学研究逐渐兴起并形成了一个非常热门的研究领域，通过许多流体力学工作者的不懈努力，相关研究工作取得了很大的进展。本文的研究目的是建立一套适用于生物外流流体力学研究的数值模拟方法，包括鲁棒、高效的动态混合网格生成技术以及准确、高效的非定常不可压缩流方程求解方法。在此基础之上，针对鱼类的游动过程，对单个鱼体的摆动、多个鱼体的群游进行数值研究，对其游动推进机理、相互干扰机理进行初步探讨。本文总共分为八章。第一章是绪论，简要介绍了鱼类非定常流动机理研究的背景和意义；综述了国内外该领域的研究进展，包括鱼体游动的流动机理、实验观测和数值模拟等研究方法、动态网格技术和非定常不可压缩流计算方法等方面的研究进展；最后简述了本文的主要内容。第二章详细介绍了本文发展的动态混合网格生成技术。首先对静态混合网格生成技术进行了阐述，之后分别介绍了三棱柱网格变形方法以及适应于非结构网格的各种网格变形技术，最后介绍了耦合局部网格重构技术的一体化动态混合网格生成技术。大量的动态混合网格生成算例表明，本文建立的动态混合网格生成方法能够适应于大变形、大位移等复杂动边界问题的模拟，且具有良好的动态网格生成效率以及鲁棒性。第三章介绍了本文发展的非定常不可压缩流计算方法。采用虚拟压缩技术求解不可压缩流动控制方程，非定常计算采用了双时间步和块LU-SGS（BLU-SGS）隐式计算方法相结合的时间推进方法。针对动网格非定常计算问题，分别对时间方向上的一阶和二阶精度隐式格式和几何守恒律进行了详细介绍。为提高计算效率，进一步发展了基于METIS的混合网格自动分区及MPI并行计算技术。通过第四章典型的定常/非定常不可压缩流算例，对数值计算方法进行了考核。计算结果表明，本文的非定常不可压缩流计算方法具有良好的计算精度和计算效率。第五章针对三维的金枪鱼外形，对不同雷诺数、湍流模型以及不同尾鳍形状下单个鱼体的摆动进行了数值模拟。计算结果表明，金枪鱼外形在大雷诺数下具有较好的游动效率，而在小雷诺数下其巡游效率较差，说明这种外形及运动方式比较适合于大型的海洋鱼类；湍流以及层流计算结果之间的对比表明，湍流流动能够减弱鱼体末端的流动分离，从而有助于减小游动阻力，提高巡游能力。不同尾鳍模型之间的计算结果对比表明，标准的月牙尾外形具有最好的游动效率，原因在于其侧向扰动最小，能量损失少。第六、七章分别对二维、三维情况下鱼类的群游进行了数值模拟，针对前后串列、三角、菱形等群游阵型，分析了群游过程中鱼体之间的相互干扰。二维的计算结果表明：前后串列游动时，前后两鱼必须保持摆动相位的同步，否则会导致极差的游动效率；而阵型后方的鱼体处在前排鱼体的中间位置，形成“三角阵型”或“菱形阵型”时，却不需要和前排鱼保持相同的摆动相位，并且在一定的流向间距下能够得到较优的有益流动干扰。然而，三维情况下的数值模拟结果与二维情况存在较大差异，原因可能在于本文选用的鱼体模型具有较强的三维效应，也可能与前后鱼体相对“僵硬”的摆动方式有关。总之，鱼类的群游是一个有趣但非常复杂的流动现象，目前国内外的相关研究工作尚刚刚起步，需要开展更加深入细致的研究。第八章对本文的研究工作进行了总结，对下一步的研究方向进行了展望。