超临界水热化学还原制氢多相反应原理与反应器放大数据集

本研究围绕超临界水热化学还原制氢技术，通过多尺度数值模拟与实验结合的方法，系统探究了从微观分子扩散到宏观反应器流动传热的多相反应原理与放大规律。在微观层面，采用分子动力学模拟揭示了超临界水中自由基（如·H、·OH等）的扩散行为及其受温度、压力的影响机制；在颗粒尺度，通过直接数值模拟分析了非球形颗粒在Stefan流作用下的曳力与传热特性，建立了基于形状描述符（平均球度、横向球度）的曳力系数与努塞尔数预测模型；在反应尺度，构建了考虑多孔结构演变的煤气化本征动力学模型，并通过实验数据拟合获得了反应动力学参数；进一步在颗粒群与反应器尺度，模拟了双颗粒排布对传热的影响及自然对流条件下超临界水反应器内的混合对流传热特性。研究表明，颗粒形状、排布方式及浮升力效应显著影响流动与传热效率，而自由基扩散动力学与煤气化反应路径的耦合为反应器设计与优化提供了关键理论依据。研究成果形成了覆盖“分子-颗粒-反应器”多尺度的数据集与模型群，为超临界水制氢技术的反应器放大与工程化应用提供了系统的数据支撑与设计指导，并且基于压力容器壳体常用材料13MnNiMoR钢板，研究了压力容器的材料随机性分布规律，为反应容器安全可靠性理论分析提供依据。