废气-燃料重整再循环技术可实现LNG发动机在线掺氢燃烧和废热回收,该技术可以改善LNG发动机排放性。在发动机废气重整再循环闭环系统中,废气与燃料在重整器内的反应过程是实现发动机产氢柔性可调的关键环节,因此本文通过建立固定床重整器模型,耦合甲烷催化反应机理,对重整器内多孔介质区域的催化反应特性进行研究,为重整器设计优化提供理论依据。首先本文通过多孔介质模型对颗粒堆积形成的多孔区域进行简化,构建了重整反应单管二维数值模型,利用固定床重整反应试验数据对该计算模型进行了验证,在此基础上,研究了不同初始条件下重整器内废气-燃料催化反应特性。模拟结果表明,随着进气质量流率增加,甲烷重整率以及反应器出口氢气摩尔分数呈现先增加后减小的趋势,而H₂/CO摩尔比则不断减小。当混合气体中甲烷的比例增加时,其重整率随之减少,单位质量甲烷产氢比则不断增加。水蒸气的添加则促进了甲烷的水蒸气重整反应过程,使得甲烷的重整率不断提升。进气温度增加时,促使甲烷的重整率大幅度增加,然而H₂/CO摩尔比不断降低。催化颗粒球直径增加时,固定床废气-燃料重整反应器反应区孔隙率不断增加,固定床重整器管内进出口的压降不断减小。催化剂堆积长度增加时,甲烷的重整率、反应器出口氢气摩尔分数以及H₂/CO摩尔比先迅速上升,后保持不变,反应器出口温度随着颗粒球堆积长度增加而减小,反应器区域的最高温度随着颗粒球堆积长度保持不变。本文进一步研究了逆流式列管固定床重整器内壳程和管程的三维温度场、流场以及组分浓度场的分布,通过重整管内各组分质量分数沿轴向分布规律分析了制氢反应过程。同时探究了壳程温度和废气的不同配比对列管式重整器反应特性的影响,结果表明,增加壳程废气温度不仅可以提高甲烷的重整率而且可以避免管内出现局部过热使得催化剂失活的情况。但是随着壳程温度增加,H₂/CO摩尔比会出现降低的趋势。增加进入管程的废气量,会导致管程的最高温度变大,甲烷的重整率和氢气的质量分数减小,但是总产氢量会有所上升,其中H₂/CO摩尔比会随着进入管程的废气量增加而降低。