氢能是一种高热值且清洁的能源,但在氢气的储存、运输过程中存在安全难题。甲醇是一种含碳量低,且利于运输和保存的液体燃料,因此利用甲醇制取氢气可以有效解决氢气的安全问题。甲醇水蒸气重整制氢反应具有产氢量高、中间产物少、反应温度低等优点,但目前所用的重整反应器多为大尺寸。与常规尺寸反应器相比,自热式微尺度反应器具有反应速度快、散失损失大、比表面积大等特点,在微反应器中想要获得高效率的传热传质和热量平衡有一定难度,因此针对微反应器性能的优化研究是十分必要的。本文基于微尺度相关理论,采取理论分析、数值模拟、实验相结合的方法,对甲醇水蒸气重整制氢的传热传质特性进行研究,利用甲醇燃烧放出的热量作为甲醇重整反应的外部热源,建立三维四通道自热式微能源系统,并借助商业软件ANSYS FLUENT对微反应器进行三维数值模拟研究,得到了反应器通道内流体温度分布、组分分布、壁面的温度分布等数据,系统分析了甲醇的流速、导热系数、流动方向、水醇比对甲醇重整制氢反应的传热传质的影响。重整反应温度约为200℃～300℃,根据重整反应通道内的最高温度对催化剂活性的影响,定义了最大、最小临界流速,讨论分析了操作参数对重整反应器性能的影响。根据实验相关理论和数值模拟的结果,设计并搭设实验系统,对微通道反应器进行气密性检测,检测完好后对其进行程序升温至230℃,在反应器内通入H2作为还原催化剂的气体,利用高精数字柱塞泵把甲醇和水混合溶液按照设计流量输送到微反应器中,将反应后的气体通入到气相色谱仪中得到实验数据,并对实验数据进行整合分析,讨论研究实验数据的规律,验证数值模拟结果的准确性,对重整反应器性能进行优化。自热式微能源系统重整通道内温度随着混合气体的流速增加而降低,高温区域也逐渐减少,甲醇转化率随着入口速度的增加而降低,由于入口的流量增加产氢量也会增大。当导热系数越大时,反应器的壁面温度分布越均匀,甲醇转化率也越高,此时燃烧通道内的温度则越低,热量损失越少,但同时重整通道内温度越高,甲醇的转化率也较高,能量的利用率较高。当重整通道内流动方向发生改变时,同向流动的重整反应器具有传热时间更短、反应更快、反应效率更高等特点,燃烧通道内的温度先升高后达到平衡,而逆向流动的燃烧通道内温度是先升高后降低,逆向流动的燃烧通道温度比同向流动反应器低,能量的有效利用更高,换热效率更高。将实验数据与模拟结果进行对比验证之后结果表明,不同的操作参数下,对甲醇转化率以及各组分浓度与模拟结果趋势是相同的,验证模拟结果的正确性。综合以上研究,对甲醇重整制氢反应中选取流动方向、固体导热系数、甲醇流速等为变量研究对甲醇重整反应的影响,通过实验、模拟数据选取合理操作参数的范围,为反应器性能优化打下良好基础,也可为质子交换膜燃料电池提供氢能。