高匯聚太陽(yáng)能流下甲烷水蒸氣重整制氫的瞬態(tài)特性的研究.pdf

1、面對(duì)傳統(tǒng)能源供給短缺、不可再生和容易造成環(huán)境污染等弊病，世界各國(guó)致力于發(fā)展持續(xù)、高效、可再生的各類(lèi)新能源，來(lái)解決傳統(tǒng)能源開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)的問(wèn)題。太陽(yáng)能熱化學(xué)利用以其新穎、高效等特點(diǎn)成為新能源研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置由于有效氣體產(chǎn)量低、費(fèi)用高等缺點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)推廣，而多孔介質(zhì)太陽(yáng)能反應(yīng)器具有質(zhì)量輕、體表面積大等優(yōu)點(diǎn)，使得其轉(zhuǎn)化效率較高，以其為載體的太陽(yáng)能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置成為近年來(lái)研究的重點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行研究不僅具有重要的理論價(jià)值，更具

2、有廣泛的工程應(yīng)用前景。因此，本文對(duì)高匯聚太陽(yáng)能流下多孔介質(zhì)反應(yīng)器內(nèi)甲烷水蒸氣重整制氫的熱化學(xué)反應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)特性開(kāi)展了數(shù)值研究。
　　本文以表面涂有催化涂層的多孔介質(zhì)熱化學(xué)反應(yīng)器為研究對(duì)象，基于多孔介質(zhì)流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)模型，將熱化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與“局部非平衡假設(shè)”相耦合，建立了高匯聚太陽(yáng)能流下甲烷水蒸氣重整制取氫氣的熱化學(xué)瞬態(tài)反應(yīng)模型。首先，在無(wú)熱化學(xué)反應(yīng)的條件下，分析多孔介質(zhì)反應(yīng)器內(nèi)混合流體流動(dòng)及傳熱過(guò)程，重點(diǎn)研究各類(lèi)關(guān)鍵因素對(duì)溫度場(chǎng)瞬態(tài)

3、響應(yīng)特性的影響，為后續(xù)甲烷水蒸氣重整制取氫氣的熱化學(xué)反應(yīng)研究提供一定依據(jù)。然后，分別采用蒙特卡羅熱流和高斯熱流作為邊界熱源，選取典型工況，對(duì)多孔介質(zhì)反應(yīng)器熱化學(xué)反應(yīng)的溫度場(chǎng)及產(chǎn)物場(chǎng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行模擬研究。最后，針對(duì)邊界條件、多孔介質(zhì)物性和邊界輻射熱損失，著重研究其在瞬態(tài)熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中對(duì)制氫效率的影響。
　　研究結(jié)果表明，多孔介質(zhì)反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)穩(wěn)態(tài)溫度和出口流體溫度均隨入口混合流體中甲烷相對(duì)含量的增加而升高，如甲烷含量升高50％

4、，出口流體溫度升高約40K；在孔隙率0.66-0.93范圍內(nèi)，出口流體溫度隨孔隙率減小而升高，氫氣相對(duì)產(chǎn)量升高，如孔隙率由0.9降低為0.7時(shí)，出口流體溫度升高約60K，氫氣相對(duì)產(chǎn)量升高約8%；出口面氫氣產(chǎn)量隨固體骨架導(dǎo)熱系數(shù)的升高而增大，如導(dǎo)熱系數(shù)增加20%，氫氣產(chǎn)量增加約10%；混合流體入口流速降低，出口面氫氣相對(duì)產(chǎn)量升高，如入口流速減小0.025m/s，氫氣相對(duì)產(chǎn)量增大約6%；在不考慮邊界輻射熱損失的條件下，出口面氫氣產(chǎn)量較高，但