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

微通道反应器醇类重整制氢是燃料电池汽车的理想供氢方式，但传统微通道加工成本高，难以适应未来大批量生产需求。基于金属纤维烧结成形、薄板成形以及超声辅助微触变成形的制造方式为低成本制造提供了可能，但微通道多尺度特征引起制造过程中强烈尺度效应，现有制造理论难以指导其结构和工艺设计。本项目围绕多尺度制氢反应器的微通道成形、催化剂负载和层叠装配的尺度效应问题，引入分形几何理论，提出微通道形貌的多尺度建模方法，引入细观力学理论，提出介观尺度下材料成形本构和摩擦模型的建模方法；建立介观尺度下金属纤维烧结成形、薄板成形和超声辅助微触变形仿真模型、考虑多尺度微观形貌的催化剂负载优化模型、考虑刚柔耦合效应的反应载体误差分析模型；提出面向多尺度微通道成形、催化剂负载和层叠装配的工艺设计方法，形成醇类重整制氢微通道反应器设计与制造理论；提出新型微通道制造工艺，建立低成本制造试验原型系统，为新能源制造提供技术储备。

本项目针对三种制氢微反应器制造工艺，华南理工大学主要围绕多尺度切削纤维载体烧结成形工艺及其制氢反应作用机理展开研究。建立了不同加工条件下多尺度粗糙形貌纤维的加工过程模型，对金属纤维表面复杂粗糙形貌进行标定；提出多尺度金属纤维烧结成形工艺，分析了烧结工艺参数对多尺度金属纤维载体内定向微通道结构和特征参数的影响规律；研究微通道内气体流动特征和微通道内流体分配规律，建立微通道流体速度分配理论模型；研究了切削纤维烧结载体甲醇重整制氢催化反应特性，分析多尺度粗糙形貌下催化反应速率和供氢量的特点和规律；进一步研究了切削纤维烧结载体在燃料电池应用性能。.上海交通大学主要围绕介观尺度下微细成形工艺建模和板式微通道成形性能展开研究。以CMSG低阶应变梯度和Taylor位错模型为基础，研究了考虑应变梯度的微细成形工艺中超薄板成形工艺建模方法；并分析了微薄板冲压成形工艺参数对成形工艺的影响规律；在此基础上，研究了摩擦尺度效应对成形工艺的影响，建立了接触面微细摩擦数学模型；采用塑性应变梯度理论，分析了金属板料的分散性失稳准则和集中性失稳准则；探索了典型的微通道反应器-燃料电池金属双极板的装配工艺，获得了层叠式装配误差的传递和积累机理。.浙江大学研究了超声辅助半固态微触变成形工艺；研究了微通道反应器反应载体的超声辅助微触变成形机理；进行微凸台阵列型醇类重整制氢微反应器结构设计和优化；探索了微凸台阵列结构反应载体的催化剂优选与负载工艺研究；研究了微凸台阵列型微反应器原型样机的制造与装配技术研究；完成了醇类重整制氢系统原理样机的研制与实验研究。.本项目实施期间取得以下研究成果：共发表论文80篇(均标注有基金资助号)，其中国际期刊58篇，国际会议论文12 篇，53篇SCI收录，34篇EI收录，申请国内发明专利34项，其中18项已授权，申请实用新型专利19项，其中14项已授权。

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