低温微波等离子体催化反应制氢系统的研究与设计

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文题目堡遏丝这笠宣王垡堡垡厦廛剑氢丕统数班塞皇运让日期：二0一四年五月三El北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：聋压望日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产

2、权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在一年解密后适用本授权书。口非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：璺厘竺导师签名：—丑寻虹日期：旦!坐：坠至挈日期：型!f：叟!：蛰学位论文数据集中图分类号0411．3学科分类号140．5099论文编号l101020140959密级

3、非保密学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名牛雁军学号20l1200959获学位专业名称凝聚态物理获学位专业代码070205课题来源自选研究方向微波等离子体论文题目微波低温等离子体催化反应制氢系统的研究与设计微波等离子体，乙醇重整制氢，燃烧器，同轴谐振腔，压缩弯波导点关键词火腔论文答辩日期2014．05．28爿c论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师邵晓红教授北京化工大学物理学评阅人1卢贵武教授中国石油大学物理学评阅人2冯志芳副教授北京化工大学物理学评阅人3评阅人4评阅人5答辩委员会主席祁

4、欣教授北京化工大学物理学答辩委员1陈信义教授清华大学物理学答辩委员2王义全教授中央民族大学物理学答辩委员3曹茂盛教授北京理工大学物理学答辩委员4荆坚教授北京化工大学物理学答辩委员5丁迎春教授北京化工大学物理学答辩委员6邵晓红教授北京化工大学物理学论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。学科分类号在中华人民共和国国家标准(6B／T13745-9)《学科分类与代码》中查询。论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。一二三四一压摘要微波低温等离子体催化反应制氢系统的研究与设计节能和环保是当前全世界面临

5、的课题。美国MIT资料研究表明，在汽车内燃机的汽油、柴油中通入3％．5％的氢气混合燃烧，一方面可极大地降低尾气中碳氢化合物和氮氧化物的排放，另一方面还极大地提高内燃机的燃烧效率，而车载制氢技术就是将氢气与燃料混合以提高内燃机转化率和减少汽车尾气排放。因此，启动时间快、转换效率高、体积小型化和控制智能化的车载制氢技术具有很高的研究意义。本文设计了一套集等离子点火、加热功能于一体的车载微波等离子体制氢系统。系统采用乙醇和水的微波等离子体重整反应制取氢气，设计了特殊形状的点火腔和反应腔，用于微波等离子体点火和加热过程。系统通过电调反射器自由调节进入点火腔和

6、反应腔的微波功率，使得微波能量具有较强的可控制性。具体如下：1．微波等离子体制氢系统分为实验装置硬件、系统的控制和信号采集三部分。实验装置部分包括实验台、管路系统和微波系统。控制部分提供微波等离子体制氢反应所需的温度、压强、管路气体流速。信号采集部分实现温度、压力以及气体流速信号采集。2．基于微波电磁场理论，对微波等离子体反应器的结构性能进行了分析。推导出同轴谐振腔的场方程，并根据腔体的尺寸用MATLAB画出场方程的电磁场分布图。根据系统对氢气的需求以及管路系统的温度、压强，算出乙醇等离子体重整制氢反应所需能量、等离子体的电导率、介电常数、等离子体频

7、率以及气体的击穿场强。由数据可知，本文设计的微波等离子体制氢系统可实现乙醇重整制氢反应的等离子体点火和加热过程。3。点火腔和反应腔的仿真验证与分析。用HFSS软件对点火腔进行优化仿真，结果为点火腔的点火位置尺寸较小，且可产生高达1．35×104V／m的微波场强，微波能量更集中，有利于等离子体点火。用CST软件对反应腔进行优化仿真，反应腔设计成同轴谐振腔结构，结果表明反应腔空间较大，且最优尺寸下的S11散射系数为一54，微波场强为2．5x103V／m。反应腔中的石英反应管设计成螺旋结构，延长了等离子体在反应腔的反应时间，可提高等离子化学反应的反应率。关

8、键词：微波等离子体，乙醇重整制氢，燃烧器，同轴谐振腔，压缩弯波导点火腔摘要THEREASEARCHANDDE