针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢燃料供给问题,本文提出了甲醇的水蒸汽重整现场制取氢气的技术,为该技术的实现设计了一种微通道催化层叠式平板反应器,并通过对反应器中的流动、热质传输和催化反应过程进行数值研究为实验提供指导。文章首先介绍反应器的结构、催化剂的制作方法以及实验系统构成。该反应器采用双流体通道布置,即加热通道和反应通道,甲醇的水蒸汽重整反应在反应通道中进行,而加热通道的作用在于为反应提供必需的热量,两通道相互隔开。催化剂由冷气体动力喷涂方法制取,它为一层致密的薄膜,能有效克服内扩散从而减小传输阻力,重整反应便发生在其表面之上。然后在此基础上,建立了一个反应单元的二维稳态模型。模型的求解采用的是商业软件FLUENT6.1.22,模型中的化学反应使用该软件中的表面反应模块进行模拟。由于实验尚未开展,文中所使用的反应动力学模型为借鉴他人研究成果。文章模拟了不同通道尺寸、不同进口参数、不同进口温度以及不同进口水醇比对反应进行程度、出口物质组成情况和出口温度的影响,并通过对比得到以上参数的最佳值:反应通道高度为1mm、长度为10mm;反应物进口温度为523K、进口水醇比为1.3;加热空气进口温度650K、进口速度3m/s。再将这些参数进行组合比并求解,结果表明,出口处甲醇接近完全转化,CO 和H2 的体积含量分别为1.7%和68%,CO2的选择性为92.7%。文章还对微通道改善传热效果的作用进行量化分析,计算得到加热通道和反应通道之间的总传热系数可达766.6 W /( m 2? K),而通常情况下从气体到气体的传热系数为10～30 W /( m 2? K)。最后把模拟的结果与他人的实验研究结论进行对照,在反应温度、水醇比等因素对甲醇转化率及出口物质组成的影响方面,两者能够吻合,从而验证了文中数值模拟所得结果的正确性。