微通道尺寸对甲烷蒸汽重整性能的影响

联合使用可计算表面反应的化学反应动力学软件CHEMKIN4.0和CFD软件,对平板微反应器中Ni催化剂涂层上的甲烷蒸汽重整制合成气进行了数值计算,并结合表面活性组分的分布分析了微通道长度、高度对蒸汽重整性能的影响.计算结果表明:甲烷蒸汽重整受CO(S)的解吸速率控制;反应通道高度减小,从而减少反应物和产物在通道中扩散所需要的时间并增大反应控制组分CO(S)的表面覆盖率,使得甲烷的转化率和产物中的氢含量提高;反应通道长度增大,反应物与催化剂的接触时间延长,甲烷的转化率和氢含量提高.这对进行微通道甲烷蒸汽重整的实验研究以及平板微通道反应器的设计和优化提供了理论依据.     

逆流式旋流一体化双燃料喷嘴性能研究

以某型100 kW微型燃气轮机燃烧室为研究对象,采用化学回热循环方式,选择一种可以同时燃用重整气和柴油的逆流式旋流一体化双燃料喷嘴,通过调整喷嘴结构参数对其重整气喷射部分进行分析。结果表明:喷嘴吹扫孔角度增加至60°,孔径增加至3 mm时喷嘴附近温度约降低为650 K;增加重整气通道和重整气喷射孔面积,可有效降低重整气的喷射速度;燃烧室出口温度场特性良好,总压恢复系数为98.1%,燃烧效率为99.1%。     

重整制氢技术及其研究进展

燃料电池技术的发展使得氢能利用也在快速发展，目前利用重整技术进行制氢是十分重要的一种手段。本文介绍了重整制氢技术的现状及其研究动态，指出了蒸汽重整是目前比较成熟的制氢方法，并正在由常规型设备向紧凑型、微通道型方向发展。另外介绍了部分氧化重整、催化部分氧化重整和自热重整技术的优缺点以及它们目前所遇到的技术困难。最后预测了今后重整制氢技术的研究重点是等离子体重整。     

微细腔内甲烷-湿空气重整特性试验与数值模拟

针对甲烷-湿空气在微细腔内的自热重整,建立了直径为2mm的微细直管试验系统,采用试验研究和三维数值计算两种方法分析了微反应器内甲烷-湿空气自热重整转化特性,并重点分析了反应温度、原料气组分比例变化对重整反应中甲烷转化率和氢气产率的影响.结果表明：在相同的甲烷流量工况下,随着温度的升高以及空/碳比和水/碳比的增大,甲烷转化率和氢气产率均增大,其中空-碳比对甲烷转化率的影响比对氢气产率的影响大;进气质量流量较小的体系比较大的体系在重整产氢方面的效果好.试验和数值模拟得到的结果比较一致.     

定壁温下甲烷自热重整产氢暂态特性数值模拟

采用甲烷自热重整的详细反应机理,通过数值模拟的方法研究了恒壁温、微型直通道内的CH4、O2、H2O镍基催化剂上的自热重整反应。重点分析了混合物组分及质量流量对自热重整产氢暂态特性的影响。结果表明,在较高温度下,微型反应器出口H2产量达到最大值所需的时间受混合气质量流量影响较大,而受混合物组分影响很小;氢气产量达到稳定所需的时间随H2O、CH4摩尔比的增大而缩短,随O2/CH4摩尔比的增大而增长。CH4/O2/H2 O摩尔比为1∶0.5∶3.5时,氢气体积分数可在90 ms时稳定于54%。     

基于树形分叉结构的微通道甲醇重整制氢

针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型,利用数值模拟分析,分别研究了平行矩形微通道和树形分叉微通道网络在Zn_Cr/CeO2/ZrO2催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇水蒸汽重整制氢输运规律的影响,发现这两种微通道反应器促进了甲醇转化率和氢气产率的提高,且有助于反应器内温度分布均匀;同时相较矩形平行微通道,树形分叉微通道可以进一步提高甲醇的转化率、减小出口CO的含量,是一种理想的适用于质子交换膜燃料电池的制氢流道。     

"双气头"多联产系统的能值评估

运用能值理论提出了反映"双气头"多联产系统特点的能值评价指标,该能值指标能够反映系统的成本结构、排放影响和节约的资源.以3种流程形式和8种可行性方案为例进行了能值分析,结果表明:"双气头"自热共重整,焦炉煤气和合成尾气发电方案最优;免变换无重整,焦炉煤气与合成尾气用于发电次之.     

甲醇重整制氢在燃烧电池中的应用

分别分析了甲醇重整制氢中的蒸气重整、氧化重整和自热重整技术的特点,介绍了近年来甲醇重整制氢在燃料电池中的应用现状及存在的主要问题.     

基于格子Boltzmann方法的微通道传热特性数值研究

应用格子Boltzmann方法研究单相流体流过矩形和三角形微通道结构的对流换热特性。数值模拟结果展示出流体在不同微通道中的速度场和温度场。从温度场结果可发现,流体流经微通道时会在热壁面附近形成热边界层,并且热边界层的厚度随雷诺数Re的增大而变薄。另外,通过出口温度和努塞尔数Nu等物理量定量研究两种微通道结构的换热特性。数值结果表明,矩形微通道结构的换热性能优于三角形微通道结构。在场协同原理基础上,进一步分析造成两种微通道换热性能不同的原因。     

甲醇重整制氢在燃料电池中的应用

分别分析了甲醇重整制氢中的蒸气重整、氧化重整和自热重整技术的特点，介绍了近年来甲醇重整制氢在燃料电池中的应用现状及存在的主要问题。     

发动机活塞温度场三维有限元分析

本研究利用Pro／E软件建立某天然气发动机活塞的几何模型，并借助有限元分析软件ANSYS6．1对其进行温度场分析计算，得到活塞的三维温度场分布情况，数值计算结果表明了活塞温度场的分布情况，为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

反应机理分布对甲醇蒸汽重整制氢过程的影响

为强化微通道中甲醇蒸汽重整过程,考察了反应机理分布对制氢的影响。利用计算流体力学软件FLUENT中的通用有限速率模型对该过程进行了数值研究。计算表明,在相同反应条件下,采用贵金属催化剂所对应的反应机理的甲醇转化率较高,但其成本相应高。通过对催化表面上催化剂的分段布置,可以提高甲醇转化率,且在低温和高进口速度时更有效。在铜基和贵金属催化剂用量相等和温度453 K、进口速度0.4 m.-s1时甲醇转化率提高2.7%。     

重整加热炉低NO_X燃烧器数值模拟

以国内某石化工厂的重整加热炉为分析对象,采用计算流体力学(CFD)方法对其炉内不同空气温度、不同过量空气系数工况下的燃烧状况进行数值模拟,得出了重整加热炉低NO_X燃烧过程中的速度场、温度场和氮氧化物分布特性,分析了不同空气温度、过量空气系数下的各流场特点,和其对NO_X生成的影响。研究结果反应了一定的趋势,对重整加热炉的设计、布置和运行提供了指导。     

分析太阳能平板集热器吸热板芯传热性能的一种简易方法

该文通过对太阳能平板集热器吸热板芯的传热分析。导出了一种能计算集热器吸热板温度场分布的简易方法,通过与有限元数值计算方法得出结果的对比。表明这种方法是可靠的,可以用于分析吸热板结构。气象参数等因素对太阳能集热器传热的影响。以利于优化集热器结构。     

化学气相沉积法制备碳化硅过程的三维数值模拟

采用计算流体力学软件CFD对S40反应器SiH4和C2H2不同进口流量条件下,化学气相沉积法制备碳化硅过程中反应器内温度场、速度场及碳化硅沉积浓度变化规律进行模拟分析,研究结果表明:随着进口处气体流量缓慢增加基板上的碳化硅质量分数也在逐渐增加,但当气体流量超过一定范围时会使得SiH4和C2H2气体来不及沉积于基板之上,同时如果进口气体流量过大将会使得反应区温度场分布紊乱,流入气体带走大量热量,使得反应器内难以达到合成反应所需的温度条件。通过模拟与实验,一般进气口SiH4和C2H2流量分别取9.6、3.2 mL/min。     

燃气输送管道传热分析及其温度场计算软件开发

本文根据传热学原理，综合分析了钢质燃气管道在多种内、外边界条件下管道受热情况，对管道进行分段传热计算，以此得到沿程管壁以及燃气温度场分布情况，并据此开发了温度场计算软件。利用该软件计算结果，可对现有或新设燃气输配管线热补偿设置提出优化或修正建议，亦可比较在输送不同燃气种类时温度场的分布情况，为设计人员正确设置热补偿装置提供依据。     

基于微通道的太阳能集热器及其性能模拟

针对传统的平板型太阳能集热器集热效率较低的问题,本文设计了一款微通道集热器,采用数值模拟方法研究了微通道集热器的工作状况,并分析了传统平板型集热器的管中心距在稳态传热条件下对集热器的效率影响。仿真结果表明:相同条件下,平板型集热器的管间距越小,集热效率越高;微通道集热器的平均集热效率比最佳管间距的平板型集热器高9.3%,比常用的两种平板型集热器分别高20.6%、30.6%。该结果有利于优化平板型集热器的设计参数,为微通道集热器的实际应用提供了依据。     

进气管通道直径对直接内部甲烷蒸汽重整性能的影响

蒸汽重整对于固体氧化物燃料电池利用甲烷等燃料具有很明显的优势,基于CFD商业软件及对应燃料电池多孔介质内多组分流动和扩散、传热传质、电化学反应、电流场等复杂的物理过程和电化学反应所开发的程序,对平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(PES-SOFC)甲烷蒸汽重整过程进行数值计算,得到不同排气管通道直径下燃料电池内部各气体组分摩尔分数、温度、温度梯度、输出电压等参数的分布。在通道直径为0.004 5 m时,输出电压最高,达到0.4923 V,同时在通道直径为0.004 5～0.005 m范围,能保证比较优化的温度分布。     

内肋平板通道强化层流对流传热的场协同分析

为了研究含有内肋的平板通道的强化传热性能,文中建立了3种不同形状的内肋几何模型,采用CFD技术对以水为流体的平板通道内的强化传热性能进行了数值模拟,获得3种模型在层流并且定雷诺数条件下的速度场、压力场及温度场,基于场协同原理对其速度与温度梯度的协同效果和速度与压降梯度的协同效果进行分析和比较。通过分析综合传热性能增强因子获得强化换热情况最佳的内肋平板通道模型,为平板通道工程应用中的节能优化设计提供参考依据。     

高温无氧重整与重整燃料可用能

为降低内燃机燃烧过程燃料可用能损失,提出了高温无氧燃料重整的方法.通过主动流动式高温定压流动反应试验系统对正庚烷和汽油表征组分两种燃料的重整可行性进行了验证.使用气相色谱仪(GC)测量了重整产物的摩尔浓度,并与详细动力学机理计算结果进行了对比.模拟计算了重整燃料分子的化学可用能增益与分布、燃料燃烧过程可用能损失.结果表明:试验测得的重整产物摩尔浓度与计算结果一致.重整时间一定时,燃料重整存在一个最佳重整温度区.在1,050~1,150,K温度下重整100~400,ms,正庚烷化学可用能可提升约3%,,汽油表征组分化学可用能可提升约1.5%,.经过重整,燃料燃烧过程可用能损失明显降低.