为明确MILD燃烧方式下炉内的传热特性和机制，建立了20 kW甲烷MILD燃烧炉的共轭传热（CHT）模型，开展了燃烧、流动及传热的耦合CFD数值模拟。通过对比模拟预测结果和试验测试数据，验证了模拟方法的可靠性。结果表明，Okafor反应机理虽能准确预测MILD燃烧炉内的温度及O2、CO分布，但会过高预测NO生成量。通过对Okafor反应机理部分含N基元反应进行修正能够提高NO预测精度。通过对比耦合CHT模型前后燃烧炉内各壁面上的温度与热流密度分布，发现未耦合CHT模型时在炉膛前墙壁面出现了逆换热现象，与实际情况不符，说明耦合CHT模型在描述炉内传热特性方面精度更高。在耦合CHT模型基础上比较了MILD燃烧与传统钝体燃烧2种方式下炉内传热机制的差异，发现相较MILD燃烧，传统燃烧在所有炉壁上的温度均高20～40 ℃，导致传统燃烧在炉膛前墙、侧墙及后墙上的换热量比MILD燃烧分别高0.018、0.622和0.028个百分点，排烟热损失减少0.67%。进一步对各炉壁上的对流和辐射换热进行区分，发现MILD燃烧在前墙和后墙上的辐射换热量比传统燃烧分别高2.21和24.62 W，但对流换热量分别减小3.93和27.27 W。在侧墙上，MILD燃烧相较于传统燃烧辐射换热量减少290.71 W，对流换热量增加231.63 W。总体上，辐射换热在MILD燃烧和传统燃烧方式下的占比分别为70.72%和81.92%，对流换热占比分别为29.28%和18.08%。侧墙上辐射换热量的减少是导致MILD燃烧总体换热效率下降的主要原因，而更深层次的原因为MILD燃烧方式下更低的燃烧温度。