现代燃烧单元(Modern Burning Unit,MBU)是一款充分利用辐射热能的新型油气预混式燃烧器。为使其满足国内需求,本文以热效率、锅底吸热量及热流密度分布等作为评价指标,采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法,重点探讨了燃烧筒开孔范围、开孔包角和开孔孔径,热阱结构尺寸及流场特性对MBU热阱内辐射对流耦合传热的影响规律,并最终采用MATLAB语言编写出热阱结构优化设计软件,用于指导工程实践。首先,理论建立了伴有参与性介质的等温漫射灰体开口系统火积平衡方程,并应用于MBU结构分析中。研究发现,MBU热效率随通径(再辐射壁面至燃烧筒轴线距离)、面心距(燃烧筒轴线至再辐射壁面最高点的垂直距离)的增大而减小,随阱宽(热阱开口尺寸)的增大而增大;再辐射壁面温度随通径、阱宽的增大而减小,随面心距的增大而增大;阱宽为影响MBU热能利的关键结构参数;烟气总传热量所占比重较大,不能忽略。其次,从燃料消耗速率、热阱温度分布、排烟温度、排烟成分、燃烧性能和热效率验证等六个环节开展MBU热工性能实验研究,单位油耗量为0.6435 kg/h时达到无焰燃烧状态,并计算了再辐射壁面温度和热效率,与理论研究对比相对误差在8%以内,验证了理论模型的合理性。最后,数值研究了锅底热流密度、热阱速度场和温度场分布,结果表明,锅底热流密度随开孔范围、开孔包角的增大而增大,随开孔孔径的增大呈现出先增大后减小的变化规律;当燃烧筒完全开孔且孔径为6 mm,开孔包角为240°时,出口烟温有极小值,锅底热流密度有极大值,热阱火积耗散极小,传热效果趋优。热流密度模拟值与理论研究对比相对误差小于8%,表明数值研究的条件设置和模型选用可行。