该研究由I.V. Kudinov、A.A. Pimenov、Y.A. Kryukov和G.V. Mikheeva等作者完成，他们来自俄罗斯的Samara State Technical University。该研究发表于2021年的《International Journal of Hydrogen Energy》期刊上，具体卷号为46，页码为10183-10190。
该研究的主要科学领域是氢能源与甲烷热解（pyrolysis）。甲烷热解是一种在高温下将甲烷分解为氢气和碳纳米颗粒的过程，具有零二氧化碳排放的优势。与其他分解方法（如重整）相比，甲烷热解在环保和能源效率方面具有显著优势。然而，甲烷热解过程中存在一些技术难题，例如碳颗粒的沉积和反应效率的提升。为了解决这些问题，作者提出了一种通过金属熔体（如锡）层进行甲烷热解的方法，并进行了理论和实验研究。
研究的主要目的是通过分析甲烷在锡熔体层中的热交换、流体动力学和扩散过程，优化甲烷热解的反应条件，提升氢气的产量，并解决碳颗粒沉积的问题。具体来说，研究关注甲烷气泡在锡熔体中的运动、热交换效率以及如何通过特殊设备（如网状隔板和浮子结构）来增强热解过程。
研究分为理论模拟和实验研究两部分。
理论模拟部分使用Ansys Fluent软件进行数值模拟，研究甲烷气泡在锡熔体中的运动、热交换和扩散过程。模拟的数学模型考虑了甲烷和锡的物理性质随温度的变化，并通过超级计算机进行求解。模拟的计算区域为一个10毫米宽、70毫米长的矩形区域，底部设有甲烷喷嘴。模拟过程中，甲烷以不同的流速（0.01 m/s和0.1 m/s）进入锡熔体，计算了气泡的大小、运动速度和温度分布。
模拟结果显示，甲烷气泡的上升速度对其大小和热交换效率有显著影响。气泡速度越快，气泡直径越大，但其与锡熔体的接触时间缩短，导致热解效率下降。此外，模拟还发现，甲烷气泡在上升过程中会经历复杂的流体动力学行为，包括气泡的变形和分裂。
实验部分在锡熔体反应器中进行，反应器高度为10厘米，直径为3.5厘米，内部填充2/3的锡熔体。甲烷通过底部喷嘴以不同流速（25 ml/min至250 ml/min）进入反应器，实验测量了反应器出口气体中氢气的摩尔分数。
实验结果表明，随着甲烷流速的增加，气泡与锡熔体的接触时间缩短，导致氢气产量从12%下降至4.4%。为了提升高流速下的热解效率，作者提出在反应器内部安装多层网状隔板，以减缓气泡上升速度并增加其与熔体的接触时间。此外，实验还观察到碳颗粒在锡熔体表面的沉积问题，为此，作者设计了一种浮子结构，用于在不中断反应的情况下连续去除碳颗粒。
该研究通过理论和实验相结合的方法，深入分析了甲烷在锡熔体中的热解过程，并提出了优化反应条件的技术方案。研究表明，通过控制甲烷流速和使用多层网状隔板，可以显著提升热解效率。此外，浮子结构的设计为连续去除碳颗粒提供了可行的解决方案。这些研究成果不仅对甲烷热解技术的优化具有重要意义，也为氢能源的生产提供了新的思路。
研究还提到，未来的工作可以进一步优化数学模型，加入化学反应动力学分析，以更精确地模拟甲烷热解过程。此外，网状隔板的催化涂层设计也有望进一步提升热解效率。