微凸臺陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器理論研究與設(shè)計優(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，氫燃料電池動力汽車受到了廣泛的關(guān)注。目前，為氫燃料電池動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)基金重點項目(項目編號:50930005)、浙江省自然科學(xué)基金重點項目(項目編號:Z1090373)和高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（博導(dǎo)類）(項目編號:20110101110011)，采用理論和實驗研究相結(jié)

2、合的方式，開展了微凸臺陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器拓撲設(shè)計、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，綜合評價了當(dāng)前國內(nèi)外醇類重整制氫微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)計了一種微凸臺陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，基于流體動力學(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

3、力學(xué)參數(shù)對甲醇制氫微反應(yīng)器性能的影響規(guī)律，比較了微凸臺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，為了研究微凸臺陣列結(jié)構(gòu)對微反應(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，分析了微凸臺陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)對微凸臺陣列型微反應(yīng)器制氫性能的影響規(guī)律。
　　第4章，針對微凸臺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

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)對微凸臺陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)流速分布的影響規(guī)律。基于所得到的關(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，針對微凸臺陣列型微反應(yīng)器的供熱問題，提出并設(shè)計了一種自熱微凸臺陣列型微反應(yīng)器。針對該自熱微反應(yīng)器，建立了三維傳熱和流動方程，并采用計算流體動力軟件進行計算，獲得了微凸臺陣列結(jié)構(gòu)對自熱微

5、反應(yīng)器流動和傳熱特性的影響規(guī)律。
　　第6章，為了實現(xiàn)自熱微凸臺陣列型微反應(yīng)器的“規(guī)模擴大”，提出了自熱層疊微凸臺陣列型微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。針對自熱層疊微凸臺陣列型甲醇重整制氫微反應(yīng)器的接觸時間分布不均問題，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)對接觸時間分布及制氫性能的影響規(guī)律。針對重整通道很多時單層流道結(jié)構(gòu)難于使接觸時間分布均勻的問題，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，完成了微凸臺陣列結(jié)構(gòu)反應(yīng)載體及微凸臺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)。通過實驗研究了熱動力學(xué)參數(shù)對微凸臺陣列型微反應(yīng)器甲醇重整制氫性能的影響規(guī)律，研究了不同微凸臺陣列結(jié)構(gòu)反應(yīng)載體的甲醇重整制氫性能。進一步，構(gòu)建了自熱甲醇重整制氫反應(yīng)系統(tǒng)，進行了自熱微凸臺陣列型微反應(yīng)器的重整制氫實驗，實現(xiàn)了微凸臺陣列型