微通道甲醇重整制氢过程的热管理研究

甲醇微通道重整制氢是燃料电池所急需的燃料处理技术的重要发展方向,微通道重整反应是涉及微观热质传递、催化反应动力学等物理和化学势差耦合驱动的复杂过程。本文综合分析带有催化剂功能表面的相界面微系统对甲醇水蒸气重整反应机理影响,微通道微结构尺度效应对的微观热质传递效果的改善,以及操作参数变化与组分温度等的演化规律,为微通道热管理研究提供合理方案。 本文通过数值模拟,将微系统的催化剂功能介质设定为一定孔隙率和渗透率的多孔介质,微反应过程中的多势差耦合驱动规律以反应动力学方式表示。在模型考虑中将催化层相界面对流动阻力的影响以动量源项的形式给出,甲醇水蒸气重整反应引起的组分以及能量变化分别用组分源项和能量源项代表,建立完善物理、化学耦合驱动的相界面微观传递分析模型,进行了理论研究。本文就影响环境热管理的几个重要影响因素进行模拟分析,揭示包括微通道结构尺寸、催化剂布置、加热条件及反应操作条件等因素对微重整系统的热质管理影响,详细讨论各种因素与内部反应机理变化的关联机制,以及过程参数和温度、组分和速度场的分布和演化规律。 综合以上研究,深入揭示微通道重整反应过程传热与传质的协同竞争机制、与组分等演变相关联的微通道催化层的优化布置,以及高效微反应器热环境管理方案,为微通道重整制氢的综合优化奠定理论基础,并进一步拓展对多势差耦合驱动的微观热质传递现象的认知领域。