随着化石能源的日益减少,环境污染日益严重,氢作为理想的工业燃料越来越受到关注。以甲醇为原料的制氢微反应器具有体积小、安全性好等优势,特别适用为小型氢燃料设备提供在线氢源。多孔反应载体的多尺度表面形貌与结构,利于提高反应性能,已得到广泛应用。然而由于其内部致密非均匀的三维网状结构,流体扩散能力难以保证,影响了流体分布均匀性,限制了制氢性能进一步提高。为了解决反应载体内流场不均匀问题,本文提出了一种孔槽复合结构反应载体,将微流道结构与多孔结构相结合,改善反应物的流场分布特性,提高微反应器制氢性能。本文主要内容包括:1.基于孔槽复合结构载体的制氢微反应器设计在研究孔槽复合结构载体传质机理的基础上,开展了柱式与板式两种制氢微反应器设计研究工作,并在柱式多孔反应载体内布置了具有不同尺度和分布形式的阵列微孔流道结构,在板式反应器中布置不同宽度与数量的表面微流道结构,以提高反应载体的扩散能力,优化流体流动特性。2.反应载体流场分析与结构优化根据柱式和板式反应载体结构,建立了不同的仿真模型,并对其进行了甲醇重整数值模拟,基于反应物浓度分布结果,分别对柱式和板式反应载体进行流场分析与优化。针对柱式反应载体,建立球切十四面体模拟多孔单元结构,分析不同微孔流道的孔槽复合结构的流体分布规律。针对板式反应载体,建立多孔材料参数化宏观模型,根据流体浓度分布,设计具有表面微流道的孔槽复合结构,数值模拟结果表明具有孔槽复合结构的反应载体对流体分布均匀性有极大的改善作用。3.反应载体多孔结构保形加工技术研究提出两种孔结构保形的加工方法,一是利用激光快速加工多孔反应载体的铣削技术,其中在分析多孔金属切割成形机理的基础上,重点研究了激光加工工艺参数对多孔载体切割成形的质量影响规律。研究结果表明:利用激光铣削技术可以实现多孔载体孔隙结构不被破坏的快速加工成形,在激光功率为26W、扫描速度为400mm/s～500mm/s时,可获得最佳的加工质量;另一种是通过填充材料进行孔结构保护的保形铣削方法。分析了不同填充材料、不同加工参数的铣削保形效果,并测量切削力与温度的变化情况。研究结果表明,氢化松香与硬脂酸钠按质量比4:1的混合填充材料,主轴转速为300r/min,进给速度为160mm/min时,可以在铣削过程对孔结构进行最好的保护。4.甲醇重整制氢微反应器性能研究利用两层浸渍法将催化剂附着于具有孔槽复合结构的反应载体上,使用超声水浴振动,研究载体的催化剂负载强度。搭建制氢反应测试平台,研究制氢性能随反应流速与反应温度的变化关系。对于柱式反应载体,重点研究了阵列微孔流道尺度与分布方式对制氢性能的影响。在甲醇水流速10ml/h,催化剂含量0.9g,反应温度300℃时,孔槽复合载体结构的甲醇转化率均可达95%以上,氢气流速达0.52mol/h。对于板式反应载体,系统研究了表面微流道的宽度、数量以及分布形式对制氢性能的影响。当表面微通道的梯度宽度（入口宽、出口窄）的孔槽复合结构作为催化剂载体,微反应器表现出了最佳反应性能。在此条件下,且空速为16.25L/（g·h）,反应温度为300℃时,微反应器甲醇转化率均可达95%,氢气流速达0.53mol/h,并具有良好的催化剂稳定性。