工程流动与换热问题具有雷诺数高、边界条件复杂的特点,现有商用CFD软件在模拟这类问题时还存在不足之处,有必要自行建立模拟工具。本文的主要工作是基于自适应有限元(FEM)程序库Dea1.Ⅱ,开发面向工程应用的CFD软件,模拟二维／三维、非定常、不可压缩流动换热问题,同时引入并发展熵粘性稳定性方法和光滑轮廓法,分别解决了高雷诺数下的计算不稳定性及处理移动边界的困难。本文的第一部分专注于开发预测不可压缩Navier-Stokes方程与温度方程的FEM程序。当前程序使用增量投影法分步求解速度和压力,通过增加基函数多项式的阶数或者局部加密网格来提高计算精度。为了适应工程模拟的多样性,程序配备多种边界条件、初始条件的接口,并提供两种并行方式以加快运算。为方便用户操作,程序还具备多个后处理函数。本文首次以熵粘性稳定性方法解决计算高雷诺数不可压缩流动时的数值振荡。这种方法基于离散方程的动能守恒思想来构建非线性人工粘性。通过对方腔流和圆柱绕流的模拟,发现熵粘性的引入不仅可以稳定使计算过程,还可以大幅减小计算误差。考虑到湍流模型与人工粘性所起的作用类似,本文首次尝试将熵粘性模型应用于不可压缩湍流的大涡模拟(LES)。以修改后的熵粘性为亚格子粘性系数,对Reτ=180的充分发展槽道湍流进行了LES。相比于文献中的DNS值,当前LES结果的平均量吻合得很好,脉动量存在一定的偏差。虽然FEM天然适合处理复杂几何边界,然而这依赖于前处理阶段能否生成高质量的网格。工程上存在因几何机构过于复杂或边界位置随时间变化而难以生成贴体网格的情形。面对这些困难,本文引入了最近几年兴起的光滑轮廓法(SPM)。不同于常规CFD方法,SPM将固体内部也作为求解区域的一部分,边界对流体作用以体积力的形式体现在控制方程中。本文首次在自适应FEM的框架实现了光滑轮廓法,并结合熵粘性稳定性方法,将其推广到高雷诺数流动与换热的计算中。应用SPM模拟Re=105的二维NACA0012翼型绕流和Re=300的三维圆柱绕流,结果均与文献吻合很好。本文的最后一部分工作是综合运用前述数值方法研究了大型燃煤机组空冷系统中扁平管束空气侧的流动与换热现象以及风机的运行特性。数值结果表明：扁平管束的最佳管间距为2.0-3.0倍短轴长度；横向振动可能增强管与管之间的相互干扰,最终结果并一定能强化换热；风机在运行时轴向受力始终处于周期性状态。