多孔催化剂载体的选区激光熔化制造及制氢性能研究

发布时间：2022-12-07 06:00

　　随着能源转型的快速推进,氢能的战略价值逐渐显现。应用于燃料电池的在线制氢技术面临新的发展。传统集中供氢技术存在着建设成本高、氢罐储能低等问题,以低碳醇为燃料的制氢微反应器具有安全性高、体积小等优点,在航空航天、化工催化方面已得到广泛应用,可为基于质子交换膜的燃料电池汽车领域提供能源需求。本文以开发出高性能基于微通道结构的制氢反应装置为主要研究目标,以微通道为研究对象,结合当前在3D打印等技术领域的最新研究成果,重点围绕制氢反应器中多孔结构催化剂载体的设计加工和制氢展开系列的研究工作,主要研究内容如下:1、分析了三种多孔结构,面镂空、体镂空和分形模型各自的结构特点、成形方式、制造难点。简单介绍了选区激光熔化的工艺原理、技术约束和几何限制。介绍了三种建模的方法,隐函数曲面建模、体素建模、三角网格建模,从运算量、建模难度和后续操作对接转换格式等方面分析了优点和不足。最后通过分析采用以上三种建模方法打印出来的三种多孔结构的案例,比较了它们应用到制氢反应器中的可行性等问题,为后续的多孔结构催化剂载体板设计制造提供参考。2、根据三种结构在多孔载体建模中的优缺点,设计并制造了四种不同结构（曲线连续、... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 增材制造研究现状
        1.3.2 微通道反应器研究现状
        1.3.3 微通道间气体速度分布理论研究现状
    1.4 课题来源及本文主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 章节安排
第二章 面向选区激光熔化的多孔结构载体数字化建模方法
    2.1 多孔结构的分类
        2.1.1 面镂空结构
        2.1.2 体镂空结构
        2.1.3 分形结构
    2.2 选区激光熔化制造微通道的技术约束和几何限制
        2.2.1 选区激光熔化原理
        2.2.2 技术约束
        2.2.3 几何限制
    2.3 数字化建模方法
        2.3.1 构建隐式曲面建模
        2.3.2 体素建模
        2.3.3 三角网格建模
        2.3.4 打印案例对比
            2.3.4.1 面镂空案例——医疗夹板
            2.3.4.2 体镂空案例——植入体
            2.3.4.3 分形结构——分形树
    2.4 本章小结
第三章 制氢实验多孔结构载体板的设计及加工
    3.1 技术路线和实验方案
    3.2 多孔结构载体板的建模设计
        3.2.1 四种结构载体板建模
        3.2.2 五种孔隙率载体板建模
    3.3 多孔结构载体板的选区激光熔化制造
        3.3.1 切片和路径规划
        3.3.2 打印过程
        3.3.3 后处理及电镀过程
    3.4 多孔结构载体板的微观结构及表征
    3.5 本章小结
第四章 多孔载体板制氢实验
    4.1 技术原理
        4.1.1 甲醇水蒸气重整制氢
        4.1.2 制氢性能评价标准
    4.2 实验方案
        4.2.1 催化剂溶液的配制
        4.2.2 催化剂的负载
        4.2.3 甲醇水蒸气制氢实验
    4.3 制氢实验结果及讨论
        4.3.1 四种不同结构载体板制氢性能结果及分析
        4.3.2 五种不同孔隙率载体板制氢性能结果及分析
        4.3.3 三种不同材料载体板制氢性能结果及分析
    4.4 本章小结
第五章 多孔结构的传输特性
    5.1 分子动力学简介
    5.2 仿真环境搭建
    5.3 仿真结果分析
        5.3.1 均匀孔隙率结构对分子流动特性影响
        5.3.2 渐变孔隙率不同疏密方式结构对分子流动特性影响
        5.3.3 不同结构对分子流动特性影响
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 后期工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件激光选区熔化技术的现状及进展[J]. 杨永强,陈杰,宋长辉,王迪,白玉超.  激光与光电子学进展. 2018(01)
[2]选区激光熔化不同层厚镍的热特性与机械性能[J]. 闫岸如,杨恬恬,王燕灵,马志红,杜云,王智勇.  中国激光. 2016(02)
[3]激光选区熔化成型CoCrMo多孔结构的设计与性能研究[J]. 张国庆,杨永强,宋长辉,王赟达,余家阔.  中国激光. 2015(11)
[4]基于熔池数据分析的激光选区熔化成形件翘曲变形行为研究[J]. 张凯,刘婷婷,张长东,廖文和.  中国激光. 2015(09)
[5]热处理对激光选区熔化成形316不锈钢组织与拉伸性能的影响[J]. 丁利,李怀学,王玉岱,黄志涛.  中国激光. 2015(04)
[6]激光选区熔化成型典型几何特征尺寸精度研究[J]. 杨雄文,杨永强,刘洋,王迪.  中国激光. 2015(03)
[7]结构拓扑优化设计综述[J]. 郭中泽,张卫红,陈裕泽.  机械设计. 2007(08)
[8]流量分布不均匀对板式换热器传热性能的影响[J]. 赵镇南.  化工机械. 2003(01)
[9]复杂通道内流体压降与流量分配特性研究[J]. 周玉铭,何奇善,张军.  西安交通大学学报. 2003(01)
[10]集管系统压力与流量分布的研究（II）——Z型布置时的分析解[J]. 赵镇南.  太阳能学报. 2001(03)

博士论文
[1]多孔金属纤维烧结板制造及在制氢微反应器中的作用机理[D]. 周伟.华南理工大学 2010

硕士论文
[1]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[D]. 梁灵威.浙江大学 2015



本文编号：3712361