随着石油化工行业大型化的发展需要,方箱型加热炉得到了更为广泛的应用。在大幅增加处理量满足工业需求的同时,方箱型加热炉内的流场、传热和燃烧特性也成为石油化工行业降低能耗、减少排放的重要研究焦点。在目前文献中,对于石油化工大型管式加热炉辐射室内的燃烧及传热研究已有一定基础,但对于辐射室大型化后内部流场中涡流分布对于燃烧及传热的影响研究仍未有报道。本文主要采用数值模拟方法分析大型方箱型加热炉辐射室内的涡流分布特性及其对燃烧和传热的影响规律,对于管式加热炉节能减排技术的开发具有重要的理论参考意义。本文首先采用数值模拟的方法,系统地探讨了方箱加热炉辐射室内部涡流分布特点及燃烧特性的影响进行研究,并与实际运行数据进行了对比,两者数据接近,验证了计算模型与方法的可靠性。本文分别对单个燃烧单元的操作条件和燃烧器结构进行了比较,分析了操作条件（过剩空气系数1.01-1.20与空气预热温度300K-700K）和燃烧器结构参数（喷口直径3mm-7mm与喷口角度40°-60°）对于加热炉燃烧过程中涡流分布及其对燃烧特性的影响。研究结果表明,过剩空气系数为1.15、空气预热温度为500K时,炉膛内涡流分布更稳定,作用范围更广,炉膛内温度分布更有利于传热。喷口直径为4mm和6mm时,炉膛内涡流作用范围更广,但由于温度更低,使得辐射传热不理想;喷口直径为5mm时,虽然炉膛内涡流分布不均,但由于温度更高,有更好的辐射传热效果。喷口角度增加至55°时,炉膛中上部几乎不再存在涡流,此时炉膛内传热性能最差。通过调节操作条件和选取适宜的燃烧器结构参数,控制涡流稳定分布在炉膛边壁附近,有利于炉膛内的传热过程。在单个燃烧单元的研究基础上,本文还构建了三维全尺寸的方箱型加热炉几何模型,并采用验证过的模型和参数进行了数值计算。结果表明,在炉膛的燃烧过程中一直伴随着涡流的存在,并且随着火焰燃烧的进行生成新的烟气涡流,推动已形成的涡流逐渐向整个炉膛扩散,直至燃烧趋于稳定后,在炉膛上方形成相对稳定的对称性涡流分布。受涡流扰动的影响,高温烟气集中在涡流分布范围内,并以涡流为中心向外扩散。由于炉管的“田”字型排列方式,起到了隔离作用,使得各个单位炉膛内燃烧相对独立,且结果对称。