南海位于中国南部,蕴藏着丰富的石油和天然气资源,南海油气资源的开发是我国海洋强国战略的重要部分,也是经济社会发展的需求。然而,南海海底地形复杂,风大浪高,尤其内孤立波活动频繁,这些恶劣的自然环境引起流体发生非稳定的复杂流动。圆柱是海洋工程结构物的一般形状,当流体经过圆柱体结构物时,会在圆柱后形成交替的漩涡脱落,同时产生垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力,在这组周期力的作用下结构物会产生振动、变形甚至破坏等现象,威胁建筑物的安全。研究非稳定流动条件下圆柱的绕流特性是研究非稳定流与结构相互作用的基础,具有重要的理论意义和工程价值。目前,针对圆柱绕流的研究中大多是在流速随时间不发生变化的稳定流动条件下进行的,研究结论不适用于非稳定流动。本文基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,实现非稳定流动圆柱绕流的数值模拟,重点研究加速度随时间保持不变的匀加速流动和内孤立波引起的双曲型流动条件下,绕流流场的发展过程、作用力特性及影响因素等内容,为充分认识内孤立波等新型荷载对结构物的作用机理奠定基础。本文首先针对稳定流动条件下的圆柱绕流进行数值模拟。将数值模拟结果与文献结果进行对比,验证数值模型的可靠性。通过对雷诺数范围为20～300共16种工况进行数值模拟,分析了流场尾流形态、阻力升力特性和斯特劳哈尔数的变化规律,积累数值模拟结果,为与下文非稳定流动下的研究结果进行对比分析提供数据。加速度随时间保持不变的匀加速流动是最简单的非稳定流动,研究该流动条件下圆柱绕流现象,是认识非稳定流动与结构相互作用的基础。本文通过用户自定义函数(User Defined Function,UDF)控制速度入口流速,实现了匀加速流动下圆柱绕流的数值模拟。将数值模拟结果与文献中的试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。通过对不同初始雷诺数和加速度值的匀加速流动开展数值模拟,详细分析了尾流形态、阻力升力特性和斯特劳哈尔数的变化规律,研究了加速度对绕流现象的影响规律。并将匀加速流场中的数值模拟结果与稳定流中的结果进行对比,研究了两种流动条件下绕流规律的差异。内孤立波引起的双曲流是海洋工程界面临的新型流动。本文基于内孤立波致流场预报模型构造双曲型流动速度方程,采用用户自定义函数结合速度入口法,实现双曲流圆柱绕流的数值模拟。将数值模拟结果与文献中针对内孤立波与圆柱相互作用的试验结果进行对比,验证模型可靠性。通过变化最大雷诺数和特征周期实现44组工况的数值模拟,分析了该流动条件下尾流形态、阻力升力特性以及水动力系数的变化规律。将结果与稳定流场和简谐振荡流场下的结果进行对比,研究了双曲流绕流现象的特殊规律。基于莫里森公式半经验理论,采用最小二乘法,分析了双曲流条件下水动力系数的影响因素及变化规律,提出了水动力系数选取模型,为计算内孤立波对圆柱型结构的作用力提供参考。