陳發林臺灣大學:應用力學研究所郭至益Kuo, Chih-YiChih-YiKuo2010-06-022018-06-292010-06-022018-06-292008U0001-2107200821230700http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/184820本論文使用商業套裝軟體FLUENT模擬三維數值模型，考慮流場、質傳與化學反應針對平板式微型甲醇重組器進行性能分析。討論在溫度、水和甲醇入口莫耳分率比和流道高度之情況下，重組器的甲醇轉化率、氫氣產生率以及各項物種在出口之莫耳分率的變化。模擬的過程中，溫度控制在220-300OC，觸媒層中化學反應為甲醇蒸氣重組（SR）反應以及水氣轉移（rWGS）反應。模擬結果顯示，重組器的甲醇轉化率與氫氣產生率隨著溫度上升而增加。在固定入口燃料流量下，流道高度的改變對於甲醇轉化率並沒有明顯的變化，反而在改變入口燃料速度上，流道高度越低，甲醇轉化率與氫氣產生率越高，此時觸媒體積與流道體積佔了重要的因素，因為流道高度越高，流道體積越大，在相同的入口燃料速度下，但是觸媒與流道體積的比卻變小。此外，水與甲醇入口莫耳分率比對於甲醇轉化率和物種出口之莫分率影響十分有限，然而增加水與甲醇入口莫耳比率代表減少入口燃料中甲醇的比例，對於氫氣產生率來說，反而是呈現下降的狀態。In this study, a three-dimensional physical model design for a planar type of micro methanol reformer has been investigated numerically. The physical model including the flow, mass transport and chemical reaction simulated by commercial software FLUENT. This study discuss the temperature, the steam to carbon ration and the height of micro-channel to observe the methanol conversion, the generation rate of hydrogen and the mole fraction of species at outlet. The temperature range is 220-300OC. The chemical reaction are the methanol steam-reforming（SR）reaction and the reverse water gas-shift（rWGS）reaction. The results show that the methanol conversion and the generation rate of hydrogen increase as the reaction temperature increase from 220 to 300OC. The height of channel show little effect on methanol conversion at a fixed feed rate of liquid feed. However, the variation of the velocity of liquid, the height of channel increases with increasing methanol conversion and the generation of hydrogen. At the same time, the volume of catalyst and channel play an important pole. In the same velocity of liquid, the volume of catalyst and channel ratio reduced, whereas theiieight of channel is higher. Besides, the steam to carbon ratio demonstrates slight influence on methanol conversion and the mole fraction of species at outlet. Increasing the steam to carbon ratio represents the ratio of methanol in fuel decreases; the generation of hydrogen also diminishes.目次文摘要………………………………………………………iii文摘要………………………………………………………v目錄………………………………………………………vii目錄………………………………………………………viii號說明………………………………………………………xii、 緒論………………………………………………………1.1燃料電池重組器簡介…………………………………………………1.2重組器工作原理………………………………………………………2.3文獻回顧………………………………………………………4.4研究動機………………………………………………………10、 理論分析………………………………………………………11.1基本假設………………………………………………………11.2統御方程式………………………………………………………11.3邊界條件………………………………………………………14、 數值方法………………………………………………………17.1軟體簡介………………………………………………………17.2有限體積法………………………………………………………17.3有限差分法………………………………………………………19.4收斂標準與格點測試………………………………………………20、 結果與討論………………………………………………………22.1溫度效應………………………………………………………22.2水與甲醇入口比率效應……………………………………………33.3流道高度效應………………………………………………………41、 結論與建議………………………………………………………58.1結論………………………………………………………58.2建議………………………………………………………59考文獻………………………………………………………………60 目 錄2-1流道尺寸表……………………164-1基本操作條件之參數表……………57 目 錄2-1平板式甲醇重組器示意圖…………………………152-2平板式甲醇重組器上視示意圖……………153-1不同格點數對流道內甲醇莫耳分率分怖之關係圖；操作條件在溫度260OC，水與甲醇入口莫耳分率為1.5……………214-1FLUENT模擬與實驗Lim et al.[1]比較在S/C=1.0和S/C=1.5，甲醇轉化率與溫度變化之關係圖…………244-2FLUENT模擬與實驗Lim et al.[1]比較在S/C=1.0和S/C=1.5，氫氣產生率與溫度變化之關係圖…………254-3在固定S/C=1.5下，甲醇轉化率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖…264-4在固定S/C=1.5下，氫氣產生率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖…274-5在固定S/C=1.5下，甲醇出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖.284-6在固定S/C=1.5下，水出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖...294-7在固定S/C=1.5下，二氧化碳出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖……………………304-8在固定S/C=1.5下，一氧化碳出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖……………………314-9在固定S/C=1.5下，氫氣出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）220OC、（2）260OC、（3）300OC之曲線圖.324-10在固定溫度為260 OC下，甲醇轉化率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…344-11在固定溫度為260 OC下，氫氣產生率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…354-12在固定溫度為260 OC下，甲醇出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…364-13在固定溫度為260 OC下，水出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…374-14在固定溫度為260 OC下，二氧化碳出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…………384-15在固定溫度為260 OC下，一氧化碳出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…………394-16在固定溫度為260 OC下，氫氣出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）S/C=1.0、（2）S/C=1.5、（3）S/C=2.0…404-17在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，甲醇轉化率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖…………434-18在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，氫氣產生率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖………444-19在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，甲醇出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖……454-20在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，水出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖………464-21在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，二氧化碳出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖474-22在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，一氧化碳出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖484-23在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，氫氣出口莫耳分率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖…494-24在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，甲醇轉化率與入口燃料速度對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖…………504-25在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，氫氣產生率與入口燃料流量對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖…………514-26在固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，甲醇出口莫耳分率與入口燃料速度對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖……524-27固定溫度為260 OC與S/C=1.5下，水出口莫耳分率與入口燃料速度對（1）H=0.25、（2）H=0.5、（3）H=0.75之曲線圖……………53application/pdf842162 bytesapplication/pdfen-US微型重組器甲醇蒸氣重組數值模擬Micro-reformerMethanol steam-reformingNumericallythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/184820/1/ntu-97-R95543069-1.pdf