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甲醇重整制氢A型微通道反应器流场优化与传热传质特性研究

发布时间:2018-05-23 20:04

  本文选题:微通道反应器 + 流速分布 ; 参考:《浙江大学》2015年硕士论文


【摘要】:进入工业革命以来,人类发展的脚步正在不断的加快,日益剧增的能源需求和日益严峻的环境污染问题迫使人们去寻找新的清洁能源。氢能,作为一种高效清洁的能源,受到了广泛的关注。目前,供氢的燃料重整器存在能量效率低、体积大、制造成本高等问题,无法满足可移动氢源紧凑化、轻量化的要求。因此,本文结合国家自然科学基金重点项目“面向醇类制氢的多尺度微通道反应器设计与制造基础研究”(项目编号:50930005)和浙江省自然科学基金项目“面向车载燃料电池的醇类重整制氢微反应器设计与制造基础研究”(项目编号:Z1090373),采用理论和实验研究相结合的方式,开展了甲醇重整制氢A型微通道反应器流场优化与传热传质特性方面的研究工作。首先,设计了一种A型微通道反应器,通过建立等效电阻网络模型,得到了微通道反应器结构参数与微通道流速分布的关系模型,与传统的Z型微通道反应器相比,A型微通道反应器微通道间流速分布更加均匀。同时,分析了微通道反应器结构参数对微通道流速分布的影响规律,并基于流速分布均匀性的优化目标对微通道反应器的分布腔结构进行了优化。采用流体动力学分析软件Fluent建立了微反应器的三维传热传质模型,研究了不同热动力学参数对A型微通道反应器甲醇重整制氢性能的影响。最后,搭建了微通道反应器的甲醇重整制氢反应系统,对A型微通道反应器进行了甲醇重整制氢实验研究,验证了前面的理论模型,分析了热动力学参数对A型微通道反应器甲醇重整制氢性能的影响规律。第1章,阐述了本学位论文的研究背景和意义,详细介绍了甲醇重整制氢微通道反应器研究现状,包括甲醇重整制氢方法、微通道反应器结构设计以及微通道反应器流速分布优化等方面的研究现状和存在的待研究问题,并提出了本学位论文的主要研究内容与框架。第2章,提出并设计了一种用于甲醇重整制氢的A型徽通道反应器。通过建立等效电阻网络模型,得到了微通道反应器结构参数与微通道流速分布的关系模型。研究发现,与传统的Z型微通道反应器相比,A型微通道反应器微通道间流速分布更加均匀。第3章,针对A型徽通道反应器流场优化问题,基于等效电阻网络模型,分析了微通道和均布腔的结构参数对微通道流速分布的影响规律,并基于流速分布均匀性的优化目标对微通道反应器的分布腔结构进行了优化。第4章,采用流体动力学分析软件Fluent建立了A型微通道反应器的三维传热传质模型,分析了A型微通道反应器内甲醇重整制氢的物料速度、温度分布,研究了不同热动力学参数对A型徽通道反应器甲醇重整制氢性能的影响。第5章,通过制造和装配微通道反应器,负载催化剂,搭建徼通道反应器的甲醇重整制氢反应系统,对A型微通道反应器进行了甲醇重整制氢实验研究,验证了前面章节的理论模型,分析了热动力学参数对A型微通道反应器甲醇重整制氢性能的影响规律。第6章,对本文的主要研究工作进行了总结,并展望了未来继续有待研究的方向。
[Abstract]:Since the industrial revolution, the pace of human development is accelerating. The increasing demand for energy and the increasingly severe environmental pollution have forced people to find new clean energy. Hydrogen energy, as a highly efficient and clean energy, has received extensive attention. At present, the fuel reformer has low energy efficiency and large volume. The high cost of manufacturing can not meet the requirements for the compact and lightweight of the movable hydrogen source. Therefore, this paper combines the key project of the National Natural Science Foundation, "the design and manufacture of multi-scale microchannel reactor for alcohol hydrogen production" (project number: 50930005) and the Zhejiang Natural Science Foundation Project "on vehicle combustion." The research on the design and manufacture of the methanol reforming hydrogen production microreactor for the material battery (project number: Z1090373), the research work on the flow field optimization and the heat and mass transfer characteristics of the methanol reforming hydrogen production A microchannel reactor is carried out with the combination of theoretical and experimental research. First, a A type microchannel reactor is designed. The model of the equivalent resistance network is established. The relationship model between the structure parameters of the microchannel reactor and the velocity distribution of the microchannel is obtained. Compared with the traditional Z microchannel reactor, the flow velocity distribution is more uniform in the micro channel of the A microchannel reactor. Meanwhile, the influence of the microstructure parameters on the velocity distribution of the microchannel is analyzed. Based on the optimization target of the uniformity of velocity distribution, the structure of the microchannel reactor is optimized. The three-dimensional heat and mass transfer model of the microreactor is established by using the hydrodynamics analysis software Fluent, and the effects of different thermal dynamic parameters on the hydrogen performance of the A microchannel reactor with methanol reintegration are studied. Finally, the microchannel is built. The methanol reforming and hydrogen production reaction system of the channel reactor was used to carry out the experimental study on the methanol reforming and hydrogen production of the A microchannel reactor. The theoretical model was verified and the effect of the thermal kinetic parameters on the hydrogen production performance of the A microchannel reactor was analyzed. The first chapter explained the background and significance of the dissertation. The current status of the research on the methanol reforming hydrogen microchannel reactor is introduced, including the current research status and the existing problems in the research on the method of methanol reforming and hydrogen production, the structure design of the microchannel reactor and the optimization of the flow velocity distribution in the microchannel reactor. The main research content and frame of this dissertation are put forward. The second chapter is put forward and designed. A A type emblem channel reactor used for methanol reforming and hydrogen production. By establishing an equivalent resistance network model, the relationship model between the structure parameters of the microchannel reactor and the velocity distribution of the microchannel is obtained. It is found that the flow velocity distribution between the microchannel reactor of the A type microchannel reactor is more uniform compared with the traditional Z microchannel reactor. The third chapter is aimed at the distribution of the velocity distribution in the microchannel reactor. The optimization of flow field in the A type emblem channel reactor is based on the equivalent resistance network model. The influence of the structure parameters of the microchannel and the uniform cavity on the velocity distribution of the microchannel is analyzed. Based on the optimization target of the velocity distribution uniformity, the structure of the distribution cavity of the microchannel reactor is optimized. The fourth chapter, using the fluid dynamics analysis software F Luent established a three-dimensional heat and mass transfer model of A microchannel reactor, analyzed the material velocity and temperature distribution of methanol reforming in A microchannel reactor, and studied the effect of different thermal dynamic parameters on the performance of hydrogen production by methanol reforming of the A emblem channel reactor. The fifth chapter, through the manufacture and assembly of microchannel reactor, load catalysis The methanol reforming and hydrogen production reaction system of the channel reactor was set up. The experimental study on the methanol reforming and hydrogen production of the A microchannel reactor was carried out. The theoretical model of the preceding chapter was verified. The law of the effect of thermal dynamic parameters to the performance of the methanol reforming of the A type microchannel reactor was analyzed. The sixth chapter was the main research work of this paper. Summarized and prospected the direction for further research in the future.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ116.2

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本文编号:1926143

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