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微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性研究

作　者: 娄心洋
导　师: 梅德庆
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 微凸台阵列微反应器微凸台间隙传热特性流动特性
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本学位论文结合国家自然科学基金重点项目“面向醇类制氢的多尺度微通道反应器设计与制造基础研究”(项目编号：50930005)和高等学校博士学科点专项科研基金项目“微凸台阵列型车载醇类重整制氢微反应器设计理论与制造基础研究”(项目编号：20110101110011),开展了微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性的研究。首先,设计了一种微凸台阵列型醇类制氢微反应器,并开发了一套微凸台阵列型醇类制氢反应载体制造系统原理样机。在此基础上,采用金属半固态微触变成形技术制造出了不同规格的反应载体。然后,对微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性进行了有限元分析,研究了流动状况与微反应器结构对传热与流动性能的影响规律,并针对带有间隙的微凸台阵列型醇类制氢徽反应器建立了传热与流动特性关联式。最后,建立了微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性实验平台,并对微反应器传热与流动特性进行了实验研究。第一章,阐述了本学位论文研究的背景与意义,详细介绍了当前国内外微反应器传热与流动特性的研究现状,在此基础上,提出了本学位论文的主要研究内容和论文框架。第二章,设计了一种微凸台阵列型醇类制氢微反应器,开发了一套微凸台阵列型醇类制氢反应载体制造系统原理样机和一种带上下脱模机构的分体式半固态成形装置,在此基础上,采用金属半固态微触变成形技术制造不同规格的反应载体。最后,完成了微反应器的制造与装配。第三章,建立了微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热特性有限元分析模型,并对微反应器的传热特性进行了研究,详细分析了热流密度、流动状况和微凸台间隙对微反应器传热性能的影响规律。在此基础上,针对带有间隙的微凸台阵列型醇类制氢微反应器,建立了其传热特性关联式。第四章,建立了微凸台阵列型醇类制氢微反应器流动特性有限元分析模型,并对微反应器的流动特性进行了研究,详细分析了流动状况和微凸台间隙对微反应器流动性能的影响规律。在此基础上,针对带有间隙的微凸台阵列型醇类制氢微反应器,建立了其流动特性关联式。第五章,开发了一套基于虚拟仪器LabVIEW的微凸台阵列型醇类制氢微反应器实验测控系统,建立了微反应器传热与流动特性实验平台。在此基础上,对微反应器的传热与流动特性进行了实验研究,并验证了本文所建立的微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性关联式的准确性。第六章,总结了论文的主要研究工作,并展望了未来的研究方向。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
致谢  9-10
目录  10-13
1 绪论  13-27
  本章摘要  13
  1.1 论文研究的背景与意义  13-15
  1.2 微反应器传热特性研究现状及分析  15-22
    1.2.1 微反应器传热特性研究现状  15-17
    1.2.2 微凸台阵列型微反应器传热特性研究现状  17-21
    1.2.3 目前有待深入研究的问题  21-22
  1.3 微反应器流动特性研究现状及分析  22-25
    1.3.1 微反应器流动特性研究现状  22-23
    1.3.2 微凸台阵列型微反应器流动特性研究现状  23-24
    1.3.3 目前有待深入研究的问题  24-25
  1.4 论文主要研究内容与框架  25-26
  1.5 本章小结  26-27
2 微凸台阵列型醇类制氢微反应器设计与制造  27-43
  本章摘要  27
  2.1 醇类重整制氢微反应器  27-30
  2.2 微凸台阵列型醇类重整制氢微反应器设计  30-32
  2.3 微凸台阵列型醇类制氢反应载体制造系统原理样机  32-39
    2.3.1 半固态微触变成形原理  32-34
    2.3.2 微凸台阵列型反应载体半固态成形系统  34-35
    2.3.3 带上下脱模机构的分体式半固态微触变成形装置  35-39
  2.4 微凸台阵列型醇类制氢微反应器制造与装配  39-42
  2.5 本章小结  42-43
3 微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热特性研究  43-61
  本章摘要  43
  3.1 微凸台阵列型醇类制氢微反应器结构及几何建模  43-45
  3.2 微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热特性有限元分析  45-52
  3.3 微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热特性结果分析与讨论  52-55
    3.3.1 热流密度对微反应器传热特性的影响  53
    3.3.2 雷诺数对微反应器传热特性的影响  53-54
    3.3.3 微凸台间隙对微反应器传热特性的影响  54-55
  3.4 微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热特性关联式  55-59
  3.5 本章小结  59-61
4 微凸台阵列型醇类制氢微反应器流动特性研究  61-74
  本章摘要  61
  4.1 微凸台阵列型醇类制氢微反应器流动特性有限元分析  61-63
  4.2 微凸台阵列型醇类制氢微反应器流动特性结果分析与讨论  63-67
    4.2.1 雷诺数对微反应器流动特性的影响  63-66
    4.2.2 微凸台间隙对微反应器流动特性的影响  66-67
  4.3 微凸台阵列型醇类制氢微反应器流动特性关联式  67-73
  4.4 本章小结  73-74
5 微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性实验研究  74-87
  本章摘要  74
  5.1 微反应器传热与流动特性实验平台的建立  74-80
  5.2 传热与流动特性实验研究  80-82
  5.3 实验结果与分析  82-86
    5.3.1 传热特性实验结果与分析  82-84
    5.3.2 流动特性实验结果与分析  84-86
  5.4 本章小结  86-87
6 总结与展望  87-90
  6.1 全文总结  87-88
  6.2 工作展望  88-90
参考文献  90-96
作者简历  96-97
  1 教育背景  96
  2 发表及录用的论文  96
  3 申请及授权的国家专利  96-97
  4 参加的科研项目  97

微凸台阵列型醇类制氢微反应器传热与流动特性研究

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