甲烷水蒸气重整强化管内换热的数值模拟

【摘要】：以圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应为研究对象,对层流条件下反应及换热进行了数值模拟,分析了催化剂活性、薄层厚度、入口气体流量、入口压力、入口温度以及反应物组分比对反应和换热的影响.结果表明:催化剂薄层内的吸热反应可以有效地增强换热,降低壁面温度;提高催化剂活性和增加薄层厚度,可以增加化学反应吸热量,降低壁面温度,但是当薄层厚度达到一定值时,再增加薄层厚度效果很小;入口流量越大,反应转化率越小,化学反应吸热量占总吸热量的比例越小;入口压力越大,反应吸热量越小,壁面温度越高;提高入口温度使得近入口处壁面温度升高,但是对下游壁面温度的影响很小;存在最佳的反应物组分比,从而获得较低的壁面温度和较高的出口氢气含量. 【作者单位】： 清华大学机械工程学院热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室;
【关键词】： 热防护 强化换热 甲烷 水蒸气重整 吸热
【基金】：国家自然科学基金(50676047)
【分类号】：TK124
【正文快照】： 高温壁面的热防护是高超声速飞行器研究中的重大课题[1].碳氢燃料的水蒸气重整因其巨大的吸热量,成为有效降低壁面温度,保护高温表面的重要途径[2-3].甲烷是碳氢燃料裂解的中间产物.因此甲烷水蒸气重整反应降低壁面温度的研究正受到日益关注[4-6].Korabelnikov和Kuranov[7-8]

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