[发明专利]一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板制备方法

说明书

本发明公开了一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板制备方法；针对制氢微反应器进行几何建模，获取其几何模型；对该几何模型进行数值计算；根据获得的氢气浓度分布云图，提取若干条浓度分布分界线，依据边界线将多孔金属纤维烧结板划分为多个区域；将多个区域分别给定不同的孔隙率，从而形成多孔金属纤维烧结板结构；重复数值计算过程，直至获得所需孔隙率的多孔金属纤维烧结板结构；通过数值计算结果判断是否具有实际应用价值；该设计方法的优点在于，以快捷方便、低成本的数值计算为手段，能设计出灵活多变、性能有较大提升的新式多孔金属纤维烧结板结构，适用于汽车、能源、航空航天等诸多领域。

技术领域

本发明涉及多孔金属纤维烧结板制备工艺，尤其涉及一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板制备方法。

背景技术

多孔金属纤维烧结板(PMFSF)由于具有比重小、比表面大，且有较高的强度、韧性和良好的导热性能以及耐高温、耐腐蚀，易加工成型等优良特性，可代替传统材料用作于催化剂载体，尤其是应用于甲醇重整制氢反应中的催化剂载体上。选择PMFSF作为催化剂载体时，不仅可以加强载体对催化剂的黏结强度，而且也可使催化剂中的活性组分高度分散，从而增加反应物与催化剂的有效接触面积，延长反应物在催化剂表面的停留时间，加快传热传质的速率，可以明显地提高甲醇重整制氢反应的效率。

工业上获取PMFSF的流程，可以分为设计、制备、应用三个步骤。其中，设计PMFSF的结构是后续制备和应用的基础，也是整个流程的首要组成部分。但是，当前科研工作者对于PMFSF的设计，大多只是在PMFSF上将孔隙率进行简单的分配，不能充分满足实际工业生产的需求。

例如，目前现有的具有梯度结构的PMFSF设计方法，将梯度分布特性与PMFSF结合起来，在不同的区域定量放置不同质量的金属纤维，再加以模压、烧结，从而设计并制备了具有梯度结构的PMFSF。这种方法设计出具有梯度边界的PMFSF，在一定程度上优化了PMFSF的工业性能，但该方法仍是一种被动式设计，不能依据特定需求来优化PMFSF的结构，也不能预测所设计出的PMFSF的实际性能，阻碍了其性能进一步的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板制备方法。以解决现有PMFSF设计方法无法预测其实际性能、设计效率低下的缺点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板制备方法，包括如下步骤：

步骤一：针对制氢微反应器进行几何建模，利用几何建模软件，依据制氢微反应器的实际几何特征及尺寸，获取其几何模型；

步骤二：对该几何模型进行数值计算，具体过程包括：

对该几何模型进行网格划分，获取网格文件；

将该网格文件导入到计算流体动力学软件中；

设置边界条件、求解方法，进行数值计算；

获取数值计算结果，得到氢气浓度分布云图；

步骤三：根据获得的氢气浓度分布云图，提取若干条浓度分布分界线，依据边界线将多孔金属纤维烧结板划分为多个区域；

将多个区域分别给定不同的孔隙率，从而形成多孔金属纤维烧结板结构；重复步骤二所述的数值计算过程，直至获得所需孔隙率的多孔金属纤维烧结板结构；

步骤四：若数值计算结果表明，该多孔金属纤维烧结板结构相比于现有结构，在制氢效果上有提升，则证明步骤二至步骤四获得的多孔金属纤维烧结板具有实际应用价值；

若数值计算结果表明，该多孔金属纤维烧结板结构相比于现有结构，在制氢效果上无提升，则重复步骤二，进行多次迭代设计，直至数值计算结果优于现有结构为止。