微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器理論研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化.pdf

1、隨著石油等化石燃料的大量消耗及環(huán)境污染的不斷加劇，氫燃料電池動(dòng)力汽車受到了廣泛的關(guān)注。目前，為氫燃料電池動(dòng)力汽車供氫的燃料重整器存在體積大、能量效率低、制造成本高等問題，無法滿足可移動(dòng)氫源緊湊化、輕量化的要求。為此，本文結(jié)合自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):50930005)、浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):Z1090373)和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（博導(dǎo)類）(項(xiàng)目編號(hào):20110101110011)，采用理論和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)

2、合的方式，開展了微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器拓?fù)湓O(shè)計(jì)、微觸變成形制造與傳熱傳質(zhì)特性方面的研究工作。
　　第1章，闡述了本論文的研究背景和意義，綜合評(píng)價(jià)了當(dāng)前國內(nèi)外醇類重整制氫微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、流道優(yōu)化與傳熱傳質(zhì)分析方面的研究現(xiàn)狀，并提出了本論文的主要研究內(nèi)容及各章節(jié)之間的體系結(jié)構(gòu)。
　　第2章，提出并設(shè)計(jì)了一種微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，基于流體動(dòng)力學(xué)理論建立了該微反應(yīng)器的三維傳熱傳質(zhì)模型，分析了不同熱動(dòng)

3、力學(xué)參數(shù)對(duì)甲醇制氫微反應(yīng)器性能的影響規(guī)律，比較了微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器與其它通道型微反應(yīng)器的制氫性能。
　　第3章，為了研究微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)對(duì)微反應(yīng)器制氫性能的影響規(guī)律，建立了基于柱塞流模型的微反應(yīng)器內(nèi)重整制氫物料守恒模型，分析了微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器制氫性能的影響規(guī)律。
　　第4章，針對(duì)微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器流速分布優(yōu)化問題，采用簡化阻抗網(wǎng)絡(luò)模型，建立反應(yīng)通道內(nèi)流體分布腔結(jié)構(gòu)參數(shù)與微凸臺(tái)

4、陣列結(jié)構(gòu)流速分布的關(guān)系模型，分析了流體分布腔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)流速分布的影響規(guī)律?；谒玫降年P(guān)系模型，提出了一種流體分布腔優(yōu)化策略，并通過優(yōu)化得到了不同微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)條件下的最優(yōu)流體分布腔結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬結(jié)果吻合很好。
　　第5章，針對(duì)微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器的供熱問題，提出并設(shè)計(jì)了一種自熱微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器。針對(duì)該自熱微反應(yīng)器，建立了三維傳熱和流動(dòng)方程，并采用計(jì)算流體動(dòng)力軟件進(jìn)行計(jì)算，獲得了微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)對(duì)自熱微

5、反應(yīng)器流動(dòng)和傳熱特性的影響規(guī)律。
　　第6章，為了實(shí)現(xiàn)自熱微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器的“規(guī)模擴(kuò)大”，提出了自熱層疊微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。針對(duì)自熱層疊微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器的接觸時(shí)間分布不均問題，建立了流道結(jié)構(gòu)和重整制氫通道內(nèi)接觸時(shí)間分布、制氫性能的關(guān)系模型，分析了流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)接觸時(shí)間分布及制氫性能的影響規(guī)律。針對(duì)重整通道很多時(shí)單層流道結(jié)構(gòu)難于使接觸時(shí)間分布均勻的問題，提出雙層流道結(jié)構(gòu)形式。通過分析重整制氫通道內(nèi)的接觸時(shí)間

6、分布，得到了在雙層流道結(jié)構(gòu)條件下較佳的流道結(jié)構(gòu)形式。
　　第7章，采用半固態(tài)微觸變成形工藝，完成了微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)反應(yīng)載體及微凸臺(tái)陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器的制造，并構(gòu)建了微反應(yīng)器的甲醇重整制氫反應(yīng)系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)研究了熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器甲醇重整制氫性能的影響規(guī)律，研究了不同微凸臺(tái)陣列結(jié)構(gòu)反應(yīng)載體的甲醇重整制氫性能。進(jìn)一步，構(gòu)建了自熱甲醇重整制氫反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)行了自熱微凸臺(tái)陣列型微反應(yīng)器的重整制氫實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了微凸臺(tái)陣列型