甲醇制氢微反应器金属纤维多孔载体结构主动设计与性能优化

To solve the problem of optimization design of porous metal fiber sintered sheet (PMFSS) in methanol stream reforming micro-reactor, in this project, aiming at optimization design of material, the morphology characterization of the 3D microstructure, virtual material modeling, and structural coupled performance are researched respectively. The manufacture parameters and their impacts on microstructure is detected. Micro-CT is employed to obtain the 3D internal structural images. Structural characteristics of PMFSS are obtained using morphological exploration. An optimization design model is then proposed with rich morphological controllable characteristics including porosity, fiber structure and orientations. The reliability of our model is verified through simulations, and the relationship between structure and corresponding performance is detected. This project provides promising methods for the structure descriptions, optimization design modeling and performance studies which could contribute to the structural optimization of PMFSS.

为了解决甲醇制氢微反应器金属纤维多孔载体结构设计与优化的难题，本项目围绕材料结构主动设计的核心环节，分别对其三维微观结构表征、虚拟模型构建，以及耦合性能优化进行研究。在实验研究材料微观结构加工工艺可控性的基础上，采用Micro-CT断层扫描技术获取材料内部结构三维图像数据，通过形态分析得到微观结构定量统计数据；结合形态数据构建可以控制包括材料孔隙率、纤维形态、朝向分布等丰富微观结构特征的主动设计模型；通过仿真材料性能验证模型的可靠性，并建立结构和性能的耦合关联。本课题的相关研究将为多孔纤维材料结构的设计与优化提供可靠的形态表征方法、数字化建模手段，以及性能分析方法。

本项目针对面向高效甲醇制氢燃料电池多孔金属纤维载体功能结构设计与优化的难题，结合材料结构主动设计理论，建立纤维多孔材料特征可控参数化建模方法，研究成果表明该方法可以有效构建反映加工工艺特征的复杂纤维网络模型，仿真得到的虚拟模型性能结果与实物实验结果相互吻合，通过微调模型结构建立结构与性能的耦合关联，从而为复杂多孔结构的精准建模与进一步改进优化提供了可靠的理论基础。本课题围绕多孔纤维结构设计编写程序，包括与法国开源项目组Imorph的合作。相关软件为多孔纤维结构主动设计提供了可持续的技术支持。