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乙烯工业是石油化学工业的龙头和核心，它为有机化工、合成纤维、塑料、合成橡胶、医药、日用化学品等提供经济有效的原料。随着我国国民经济的迅速发展，国内市场对乙烯的需求不断上升，为了适应市场需求必须加速发展我国乙烯工业。乙烯生产装置的核心部分是裂解炉，整个乙烯装置的效益与裂解炉的设计和操作有直接的关系。我国裂解技术落后于世界10～15年，由于对裂解炉内部流体流动、传热、传质、化学反应规律缺乏充分认识，严重地影响了裂解炉的设计和优化操作，使得我国裂解技术在国际上缺乏竞争力。因此，深入了解裂解炉内传递和反应过程的细节对提高我国裂解技术意义重大。本文在分析乙烯裂解炉模拟研究的历史、现状和发展趋势的基础上，进行乙烯裂解炉内传递和反应过程的综合数值模拟研究。研究内容包括以下四个方面：
1.全面系统地分析乙烯裂解炉反应管内裂解原料的流动、传热、传质和裂解反应以及裂解炉膛内燃料燃烧、烟气的流动传热等复杂过程及其各过程之间强烈的相互作用，以流体力学的基本微分方程为基础，考虑了流体的湍流流动，结合轻烃裂解制乙烯49个组分的49个反应式的动力学模型、扩散火焰燃烧模型、离散坐标辐射传热模型，建立了能够完整准确描述众多复杂传递及反应过程及其相互间强烈耦合关系的乙烯裂解炉内传递反应过程的综合数学模型，并给出了相应的数值解法和模拟计算程序。
2.针对乙烯裂解炉反应产物的特点和性质，研制了裂解产物取样器。利用该取样器对工业裂解炉进行现场取样，同时记录相应的裂解炉结构尺寸和操作条件，并对所取得的裂解产物气液体样品和裂解原料样品分别进行分析处理，为整个研究工作提供基础数据。
3.利用已建立的能够完整准确描述众多复杂传递及反应过程及其相互间强烈耦合关系的乙烯裂解炉内传递反应过程的综合数学模型对三套工业乙烯裂解炉进行数值模拟，将工业生产中所得的现场数据与模拟计算结果进行比较，两者基本吻合，验证了所建立的乙烯裂解炉传递反应综合数学模型的合理性。模拟计算获得了裂解炉内详细的速度、温度、组分浓度以及热强度分布情况，揭示了工业裂解炉内流动、传热、传质、燃料燃烧以及裂解反应等过程的基本特点，以及这些过程之间的内在规律和相互作用，为乙烯裂解炉的改造和设计，优化操作以及新技术的开发，提供全方位、多层次的化学工程参数。
4.利用已建立的乙烯裂解炉传递反应综合数学模型，对不同工艺参数(裂解原料流量和燃料量)和不同结构参数(燃烧器设置、火盆与反应管之间的距离、反应管管径、管心距)的工况进行“数值试验”，得到了不同工况下裂解炉内详细的温度、速度、压力、热强度以及组分浓度详细分布。通过对模拟计算结果进行比较，定量地掌握了裂解原料流量和燃料量以及燃烧器设置、火盆与反应管之间的距离、反应管管径、管心距等结构参数对裂解炉操作状况的影响，这些量化的数据可为裂解炉的优化操作和高效设计提供指导。