反应器在分析、化工、农业、能源等领域应用广泛,温度作为其重要参数之一,对其研究至关重要。当前反应器越来越朝向微尺度发展,对其温度分布精准测量变得更加困难。常规的接触式测量方法,会对温度场产生干扰还会影响内部结构。本文针对绝热式固定床微小反应器,提出一种在线测量热物性及表面温度,求解导热反问题反推固定床内部温度场的方法。本文结合红外热像和探针方法,进行了微小反应器三维温度场重建研究,主要内容如下:利用计算流体动力学模拟软件Fluent,通过组分输运模型实现催化反应,数值模拟得到了有无催化反应的绝热式固定床微小反应器温度场的变化规律,发现固定床孔隙率越小、流体入口温度越高、流速越快,越有利于热量的扩散。发现存在催化反应时流速增大、温度升高、底物浓度增高,过氧化氢分解加快,释放热量增多,固定床整体温度升高。另外,通过建立探针模型,理论模拟考察了探针存在对温度场的影响,结果表明探针对温度场变化影响较小,仅在流体与探针接触部分加快了少许热量的传递,最大温升在1℃,可忽略不计,从而验证在线测量系统的有效性。设计并搭建了热探针结合红外热像法在线测量实验装置。固定床通过3D打印技术个性化定制,透红外套管结构实现绝热工况,并减少对红外热像仪的干扰。通过调节蠕动泵及恒温水槽改变流体参数,更换树脂颗粒改变孔隙率,实验结果表明,当固定床反应器初始温度20℃,流体为蒸馏水,绝热条件下,流体流速越快、温度越高、固定床孔隙率越大,固定床有效导热系数越大,整体温度越高,温度达到稳定所用时间越短。通过吸附法在填充载体上固定过氧化氢酶,测量过氧化氢分解时微小反应器的温度场变化,绝热条件下,随着过氧化氢进入固定床,在酶催化作用下放出热量,温度上升,直至产生热量与散出热量达到平衡。增加流速、增加底物浓度,都加速了过氧化氢分解以释放更多的热量,固定床内温度越高;增大孔隙率,单位时间内损失的热量减小,固定床整体温度升高。利用有限元法建立了导热正问题模型,基于最小二乘原理建立了导热反问题模型,应用共轭梯度法求解了导热反问题,根据结合红外热像和探针在线测量方法测得固定床表面温度与有效导热系数,借助MATLAB计算软件,反演反应器的内部温度场。结果表明,温度变化趋势与模拟温度场,实验温度场变化一致。散热损失可导致实验所测壁面温度低于理论值,最大误差5.8%;并且流体流速越大、入口温度越高、填充颗粒粒径越大,固定床整体温度越高,可见,流体性质和固定床参数对热量传递至关重要。系列研究表明,基于红外热像和探针方法,固定床微小反应器可由表面温度反推计算三维温度场分布,且精准度较高。