高匯聚太陽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，世界各國致力于發(fā)展持續(xù)、高效、可再生的各類新能源，來解決傳統(tǒng)能源開發(fā)利用帶來的問題。太陽能熱化學(xué)利用以其新穎、高效等特點成為新能源研究領(lǐng)域的重點。傳統(tǒng)的太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置由于有效氣體產(chǎn)量低、費用高等缺點無法實現(xiàn)推廣，而多孔介質(zhì)太陽能反應(yīng)器具有質(zhì)量輕、體表面積大等優(yōu)點，使得其轉(zhuǎn)化效率較高，以其為載體的太陽能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化裝置成為近年來研究的重點，對其進行研究不僅具有重要的理論價值，更具

2、有廣泛的工程應(yīng)用前景。因此，本文對高匯聚太陽能流下多孔介質(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)器為研究對象，基于多孔介質(zhì)流動及傳熱傳質(zhì)模型，將熱化學(xué)反應(yīng)機理與“局部非平衡假設(shè)”相耦合，建立了高匯聚太陽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)混合流體流動及傳熱過程，重點研究各類關(guān)鍵因素對溫度場瞬態(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，對多孔介質(zhì)反應(yīng)器熱化學(xué)反應(yīng)的溫度場及產(chǎn)物場的瞬態(tài)響應(yīng)特性進行模擬研究。最后，針對邊界條件、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)過程中對制氫效率的影響。
　　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，氫氣相對產(chǎn)量升高，如孔隙率由0.9降低為0.7時，出口流體溫度升高約60K，氫氣相對產(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，出口面氫氣相對產(chǎn)量升高，如入口流速減小0.025m/s，氫氣相對產(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