乙烯裂解炉是乙烯生产过程中的重要耗能设备。在裂解管炉的工业应用中,通过在炉管内加入扭曲片,将管内流动由平推流转为旋转流,增大了切向速度的同时加强了流体对管壁的冲刷作用,达到强化传热的目的。本文在现有扭曲片的基础上设计了不同的开口结构,采用数值模拟方法,选用RNG k-e湍流模型模拟炉管内部的流动,对比分析了不同扭曲片结构管道内的纵向涡结构、阻力系数、努塞尔数、综合传热系数及速度矢量场与温度梯度场耦合协同情况。结果表明,沿管壁呈“狭缝”状开口的扭曲片结构增大了管内流动的旋流强度,降低了阻力损失;开口长度7 mm、宽度2 mm、间隔2 mm的扭曲片结构局部阻力系数是第一代扭曲片的93.75%,比第二代扭曲片增加了8.67%,综合传热系数比第二代提高了1.56%,是光管的1.29倍,该结构提高了纵向涡的稳定性,强化了管道核心流体与管壁的动量、热量交换;而沿管道中心开口的扭曲片结构增大了局部阻力系数,造成局部损失增加。针对乙烯裂解炉炉管内置入不同组数扭曲片对裂解产物收率的影响进行研究分析,以石脑油为裂解原料,选用Kumar裂解反应动力学模型以及EDC模型,模拟炉管内流动传热与化学反应,得到不同管型的温度分布、乙烯等产物质量分数分布情况。结果表明:扭曲片可以有效降低管壁与核心流体间的温度梯度,且出口段置入3组扭曲片的炉管换热效果最佳;炉管中乙烯与丁二烯的产率沿轴向距离线性增加,丙烯产率在反应后期的出口段下降;入口段置入2组、出口段置入3组扭曲片的L2R3型炉管具有较高的三烯收率,是光管的1.28倍。当管内置入新型开口扭曲片时,改善了管内速度波动情况,优化结构总的产物质量分数是光管的1.37倍,具有较为可观的经济效益与应用前景。