随着能源转型的快速推进,氢能的战略价值逐渐显现。应用于燃料电池的在线制氢技术面临新的发展。传统集中供氢技术存在着建设成本高、氢罐储能低等问题,以低碳醇为燃料的制氢微反应器具有安全性高、体积小等优点,在航空航天、化工催化方面已得到广泛应用,可为基于质子交换膜的燃料电池汽车领域提供能源需求。本文以开发出高性能基于微通道结构的制氢反应装置为主要研究目标,以微通道为研究对象,结合当前在3D打印等技术领域的最新研究成果,重点围绕制氢反应器中多孔结构催化剂载体的设计加工和制氢展开系列的研究工作,主要研究内容如下:1、分析了三种多孔结构,面镂空、体镂空和分形模型各自的结构特点、成形方式、制造难点。简单介绍了选区激光熔化的工艺原理、技术约束和几何限制。介绍了三种建模的方法,隐函数曲面建模、体素建模、三角网格建模,从运算量、建模难度和后续操作对接转换格式等方面分析了优点和不足。最后通过分析采用以上三种建模方法打印出来的三种多孔结构的案例,比较了它们应用到制氢反应器中的可行性等问题,为后续的多孔结构催化剂载体板设计制造提供参考。2、根据三种结构在多孔载体建模中的优缺点,设计并制造了四种不同结构(曲线连续、简单阵列、阵列偏移、交错)、五种不同孔隙率(60%、70%、80%、60%-80%、80%-60%)、三种材料(不锈钢、镀铜不锈钢、铝合金)的多孔催化剂载体板。零件的最小尺寸达到200μm,逼近制造极限。3、对选区激光熔化打印多孔催化剂载体板的微观结构进行了表征。认为其表面粘连的金属粉末增加了零件的表面粗糙度,有利于增大催化剂的附着面积,进而提高制氢效率。对负载和未负载催化剂的多孔结构进行了电镜SEM观察,发现负载催化剂后的表面厚度增加了约125μm。同时由于孔隙率不同,导致催化剂的渗入程度不同,有效催化面积不同,这一点对制氢性能的影响较大。4、进行了三组制氢实验。四种不同结构的制氢实验,结果表明交错结构的制氢性能最好。五种不同孔隙率的制氢实验,结果表明由疏到密80%-60%渐变孔隙率的制氢性能最好。三种不同材料的制氢实验,结果表明镀铜不锈钢的制氢性能最好,甲醇转化率可达97%。结合仿真实验,从传质传热的角度对实验结果进行了分析。5、对微反应器内部进行了三维建模,通过分子运动学的理论,对分子在多孔结构中的流动进行了模拟仿真。分别从不同均匀孔隙率、不同疏密方式、不同结构三个方面进行了建模和流动仿真,并从扩散性、扩散均匀性、停留时间、混沌性、涡旋等方面对其流动特性进行了分析。分析结果表明:随机无序的孔洞结构、整体由疏到密的孔隙率分布、更多连接点和连接点上更多的梁、与反应器内壁更大的接触面积,这些特征是提高制氢效率的关键。