以乙烯裂解炉作为研究对象,采用流场结构化的理念调控裂解炉管内外的传热和混合行为,采用了特定结构的内构件--中空立交盘(HCD)强化石脑油裂解炉管内的反应混合和传热过程,达到强化裂解反应过程的目的。利用SST的k-w湍流模型考察加入HCD管内传热的特性,由于其诱导产生的反向涡对流场结构,与空管相比,加入优化的HCD管内的Nu数可提高32.06%,而加入扭曲片的Nu数只增大13.68%,综合传热性能与扭曲片相比则提高73.07%。为考察HCD的强化反应混合特性,利用CFD方法耦合DQMOM及IEM模型,对加入中空立交盘和Kenics混合器的管内湍流反应进行了模拟计算,结果表明HCD产生的反向涡对流场结构强化管内的多尺度混合过程,最终提高主产物收率,并抑制副反应的发生速率。通过石脑油制乙烯的实验验证HCD对管内传热和反应传质的强化作用,结果表明HCD能有效地提高乙烯和丙烯的收率,并随着温度的升高,HCD的强化效果更明显。为了使炉管外供热流场可调控,建立USC型工业乙烯裂解炉的CFD模型,采用标准的k-ε湍流模型并耦合涡耗散概念模型(EDC)模型,模拟得到炉膛内的流场,温度场,组分浓度场的分布。同时设计的新型扩散式喷嘴,优化炉膛内燃烧的流场结构,增加燃料与空气的快速混合速率,有效减小低温区区域,提高USC型炉膛内整体温度。而且发现联合进料方式,能使炉管温度分布均匀。