太阳能甲醇重整制氢过程催化剂颗粒床特性及综合性能数值分析

针对太阳能甲醇重整制氢系统的数值研究,以往受限于网格划分和计算资源,多采用假设均匀的多孔介质模型,但难以准确描述微观结构下的多组分热-质传输和化学反应过程。本文结合催化剂颗粒床模型和多孔介质模型各自优势,建立了基于实际催化剂颗粒床孔隙率分布的太阳能甲醇重整制氢系统三维综合数值模型,并将计算结果与传统模型进行对比,发现孔隙率分布对系统性能有着较大的影响,而本文所建的基于实际孔隙率分布的模型更接近于系统真实情况。基于此,本文进一步考察了催化剂颗粒尺寸和运行参数对整个系统流动传热和化学反应综合性能的影响规律。     

基于颗粒堆积床模型的线性菲涅尔式太阳能甲醇重整制氢系统综合性能研究

本文建立了线性菲涅尔式太阳能吸热/反应器光热–化学反应过程三维数值模型，并对其缩小模型进行了研究，探究了典型的外部因素(太阳能热流分布)和内部因素(催化剂颗粒半径)对系统流动换热与热化学反应综合性能的影响。首先，基于离散元法建立了催化剂颗粒随机堆积床模型。其次，基于蒙特卡罗光线追迹法与多目标优化遗传算法获得了太阳能热流分布。然后，对比了优化前的、优化后的以及理想情况下的系统综合性能，进一步分析了催化剂颗粒半径的影响。研究发现，热流优化后的系统化学反应性能接近于理想，而减小颗粒半径也可促进化学反应，但会增加流动阻力。催化剂颗粒大小的优选或可综合考虑反应程度、流动阻力和烧结温度限制等进行权衡选取。