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当今全球机动车的保有量和需求量不断增加，这一方面加快了石油资源的消耗速度，另一方面由于汽车尾气的排放，导致了严重的环境污染问题。因此发展和推广汽车无污染的可替代能源和汽车尾气的余热回收受到越来越多的关注。研究表明，氢气是优秀的可替代清洁能源之一，通过将氢气导入内燃机中进行混合燃烧，在提升燃烧效率的同时也减少了污染物的排放。但是氢气的储存与运输极为困难，这成为汽车行驶过程中掺氢燃烧的一大障碍，克服这一障碍的有效手段是通过碳氢燃料催化重整现场制取氢气作为原料。在众多碳氢燃料中，由于甲醇水蒸汽重整制氢反应温度低，产氢率高，并且可以结合汽车尾气余热为该反应供热，因此具有明显的优势。
本文对传统余热供热的甲醇水蒸汽重整制氢板式反应器进行了优化设计，提出了新型的板式翅片反应器，对比分析了翅片反应器性能的提升效果，并进一步考察了翅片几何参数和翅片结构对反应器性能的影响。
论文针对传统板式余热加热反应器的加热通道由于气体较大的传热热阻引起的热量利用不充分的问题，设计了新型的翅片反应器，并建立了该反应器的三维传热传质数学模型。通过与传统板式无翅片反应器的对比研究发现，翅片反应器加热通道的温度分布更均匀，热气流温度下降的速度更快，重整通道中反应物的平均温度更高，并且该反应器内由加热通道传向重整通道的热量、反应器的换热效率和甲醇转化率均高于无翅片反应器。这表明翅片反应器具有更佳的传热性能和重整性能。
基于翅片反应器突出的性能，本文进一步研究了翅片参数对反应器性能的影响，重点考察了翅片数量、翅片长度和翅片布置方式三个参数。结果表明，反应器中翅片数量越多，翅片长度越长，反应器的换热性能和重整性能越佳。但是当翅片长度达到一定值时，它对反应器性能的提升效果已经微乎其微。在所研究的翅片采用平行、前宽后窄和前窄后宽三种布置方式的反应器中，翅片采用前宽后窄布置的反应器的换热效率和甲醇转化率最高，具有最佳的性能，其他两种翅片反应器的传热性能和重整性能的差距非常小。
由于翅片结构对加热通道中加热气体的流动和传热具有较大影响，从而进一步影响反应器的性能，因此本文对反应器的翅片结构进行了优化，设计了直翅片、波纹翅片、交错波纹翅片、穿孔波纹翅片和间断交错波纹翅片五种不同类型的翅片反应器，对比分析了反应器内的温度、速度和物种质量分数的分布情况。结果表明，在这五种翅片反应器中，间断交错波纹翅片反应器的传热性能和重整性能最佳，穿孔波纹翅片反应器次之，交错波纹翅片和波纹翅片反应器的差距非常小，直翅片反应器的性能最差。
本文对传统余热供热的甲醇水蒸汽重整制氢板式反应器进行了优化设计，提出了新型的板式翅片反应器，对比分析了翅片反应器性能的提升效果，并进一步考察了翅片几何参数和翅片结构对反应器性能的影响。
论文针对传统板式余热加热反应器的加热通道由于气体较大的传热热阻引起的热量利用不充分的问题，设计了新型的翅片反应器，并建立了该反应器的三维传热传质数学模型。通过与传统板式无翅片反应器的对比研究发现，翅片反应器加热通道的温度分布更均匀，热气流温度下降的速度更快，重整通道中反应物的平均温度更高，并且该反应器内由加热通道传向重整通道的热量、反应器的换热效率和甲醇转化率均高于无翅片反应器。这表明翅片反应器具有更佳的传热性能和重整性能。
基于翅片反应器突出的性能，本文进一步研究了翅片参数对反应器性能的影响，重点考察了翅片数量、翅片长度和翅片布置方式三个参数。结果表明，反应器中翅片数量越多，翅片长度越长，反应器的换热性能和重整性能越佳。但是当翅片长度达到一定值时，它对反应器性能的提升效果已经微乎其微。在所研究的翅片采用平行、前宽后窄和前窄后宽三种布置方式的反应器中，翅片采用前宽后窄布置的反应器的换热效率和甲醇转化率最高，具有最佳的性能，其他两种翅片反应器的传热性能和重整性能的差距非常小。
由于翅片结构对加热通道中加热气体的流动和传热具有较大影响，从而进一步影响反应器的性能，因此本文对反应器的翅片结构进行了优化，设计了直翅片、波纹翅片、交错波纹翅片、穿孔波纹翅片和间断交错波纹翅片五种不同类型的翅片反应器，对比分析了反应器内的温度、速度和物种质量分数的分布情况。结果表明，在这五种翅片反应器中，间断交错波纹翅片反应器的传热性能和重整性能最佳，穿孔波纹翅片反应器次之，交错波纹翅片和波纹翅片反应器的差距非常小，直翅片反应器的性能最差。