由于化石燃料的枯竭和环境退化,向可持续的绿色经济发展至关重要,生物柴油因其可再生、无毒、无污染等备受关注,微波反应器有效提高化学反应转化率被广泛用于制备生物柴油。然而,微波的不均匀加热和微波反应器的制备规模普遍较小是目前亟须解决的问题。因此本文将模式搅拌技术引入一种中试规模微波反应釜的设计中,通过模式搅拌器搅拌微波电磁场,控制反应釜内电磁场的空间分布特性,改善微波加热效果。为了获得具有模式搅拌器的微波反应釜内多物理场特性及其影响因素,并进行优化设计,本文将麦克斯韦、传热方程等进行耦合,并用动网格技术处理模式搅拌,以多物理场仿真的方法对反应釜内电场、温度场数值计算。通过研究模式搅拌器结构、材料特性等因素对反应釜内微波加热特性的影响规律,提出反应釜优化方法,最后获得具有模式搅拌器的微波反应釜内多物理特性及其设计关键因素。主要研究内容和结论如下:（1）模式搅拌器结构的设计优化。对模式搅拌下微波加热过程进行多物理场仿真,探讨模式搅拌器高度、长度和转速对微波加热的影响,发现:相比于无模式搅拌模型,模式搅拌改善了微波加热效率与均匀性;通过响应面分析发现对平均温度和温度变异系数（COV）影响的显著顺序:搅拌器高度＞搅拌转速＞搅拌器长度,且不同因素间存在交互关系;综合考虑平均温度和COV,经响应面优化获得最佳搅拌条件为:搅拌器高度λH=0.164、长度λB=0.31、搅拌转速N=30 r/min。（2）反应釜内各材料特性对微波加热的影响分析。以优化后的微波反应釜为仿真模型,探究模式搅拌器和夹层的不同材料特性对微波加热的影响,发现:相比于单个材料模式搅拌器,复合材料模式搅拌器可以提高反应釜内微波加热效率,改善微波加热均匀性,降低热点温度;模式搅拌器作用下,刚玉夹层明显提高反应釜内微波加热效率;铝（Aluminum）模式搅拌器和刚玉夹层的组合显著提高反应釜内微波加热效率。（3）基于模式搅拌器与波导结构对微波反应釜的优化。从模式搅拌器形状和波导结构对反应釜内微波加热效果进行探究,发现:模式搅拌器搅拌片数量对微波加热均匀性影响较小,而微波加热效率会随着搅拌片数量的增加而降低;相同微波功率条件下,相比于单波导结构的微波反应釜,复合材料模式搅拌器作用下的双波导结构反应釜会提高微波加热效率;复合材料模式搅拌器作用下,反应釜内微波加热效率随新增波导高度的降低而呈升高趋势,波导高度对加热均匀性的影响较小,因此当新增波导的高度h1=164 mm时,微波加热效率显著提高。