论文在对计算流体力学软件CFX5.5所涉及的基础理论、基本模型以及计算方法进行分析对比的基础上,利用自带算例及一实际工业管式炉对CFX5.5中模型选择及边界条件给定方案进行了考察,并对软件计算精度及收敛平稳性进行了分析,得到了适用于阶梯炉管外三维数值模拟的模型选择及边界条件给定方案。在上述工作的基础上,结合阶梯炉结构参数及设计数据,对炉膛内湍流流动、燃料燃烧、辐射传热等过程进行三维数值模拟,得到了速率场、温度场以及管外热强度分布,并考察了不同倾斜度对阶梯炉管外热强度分布的影响。结果表明:阶梯炉各根炉管管外热强度从上到下逐渐增大;与箱式炉相比,阶梯炉炉膛结构能提高辐射传热效果,提高平均热强度,降低炉膛温度;随着倾斜度增加,阶梯炉平均热强度增加,炉膛温度减小。同时,利用面向对象编程软件Visual Basic 6.0及炉膛内辐射传热模型Monte Carlo方法,完成了阶梯炉管外传热计算软件的开发,并对编程计算结果与CFX5.5模拟结果进行了对比。编程计算得各根炉管管外热强度变化趋势及不同倾斜度对管外热强度分布的影响与CFX5.5模拟结论吻合;与CFX5.5模拟结果相比,编程计算平均热强度较低,炉膛温度较高。最后,分别利用CFX5.5及自编软件对中国石化工程建设公司与中国石油大学提出的新型阶梯炉进行校核计算,并考察不同直立段高度及不同倾斜段倾斜度对新型阶梯炉管外热强度分布的影响。两种方法得到相同结论:与惠州阶梯炉相比,新型阶梯炉管外热强度分布更为均匀;随着新型阶梯炉直立段高度及倾斜段倾斜度增加,平均热强度减小,炉膛温度增加。