光热驱动多孔氧化铈热化学循环解水制氢非热质平衡模型

热化学循环太阳燃料技术过程所涉及的多孔介质中复杂反应及热质传递过程,尚未建立较为完善的数学模型。以多孔氧化铈热化学循环解水过程为研究对象,将颗粒尺度的氧输运与宏观尺度的热质输运相耦合,提出完整的光热驱动条件下多孔介质非热质平衡模型,实验数据对比验证了动力学及热质输运模型的可靠性,分析了两种尺度(颗粒及床层)下,非热平衡效应、入射辐射热流、反应物浓度对动态过程的影响。入射辐射在床层的体积效应下,轴向的温度梯度使得缺陷反应的热力学平衡控制最大氧空位浓度出现在床层前侧,在缺陷反应的动态过程中,氧化过程相较于还原反应更快,提高多孔载氧体反应器的产物H2浓度应主要从还原阶段中反应过程及条件出发。可为该类问题的建模和过程设计提供较为完整的理论基础和参考路径。