能源微藻生物反應器內(nèi)輻射傳遞的數(shù)值模擬.pdf

1、能源短缺是人類進入21世紀所面臨的第一大危機。全世界人口的不斷增加和經(jīng)濟發(fā)展的迫切需求加快了化石燃料的消耗,同時,傳統(tǒng)能源的大量燃燒使環(huán)境污染問題日益嚴重。因此可再生和環(huán)境友好型的生物質(zhì)能源吸引了越來越多學者關注。藻類因油脂產(chǎn)率高、生長速度快、占地面積小和能量密度高越來越受到關注。盡管利用能源微藻生產(chǎn)生物質(zhì)能源的發(fā)展前景廣闊,但是也存在許多亟待解決的技術障礙。
　　目前,如何提高微藻光生物反應器的效率以降低成本及進行規(guī)模化培養(yǎng)是其

2、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術瓶頸,而對微藻細胞生長環(huán)境的優(yōu)化是提高光生物反應器培養(yǎng)效率的關鍵。光生物反應器內(nèi)部包含多種物理過程,如多相流動、光輻射輸運、傳熱及傳質(zhì)等過程。對微藻細胞生長的局部光照環(huán)境的分析依賴于對光生物反應器內(nèi)輻射傳輸及與對流作用耦合過程的分析。
　　本論文基于計算流體力學方法研究了能源微藻在光生物反應器內(nèi)的多維、多光譜輻射輸運及輻射與對流的非穩(wěn)態(tài)耦合輸運過程,分析了藻細胞在對流過程中的局部光照條件的非穩(wěn)態(tài)變化過程。研究中微藻

3、的種類選取為輻射特性參數(shù)研究比較全面的小球藻,光生物反應器取為一種具有多層隔板的平板式光生物反應器,它具有結(jié)構(gòu)簡單、光照比面積大、占地面積小的特點。分析了不同微藻濃度及不同光源條件下對該光生物反應器輻射輸運過程的影響。研究了不同通氣率條件下,光生物反應器內(nèi)的流動特性,以及反應器內(nèi)不同位置處微藻的時變受光特性以及輻射-對流耦合引起的“閃光效應”。數(shù)值模擬結(jié)果表明,輻射和對流的耦合輸運會引起微藻局部光照環(huán)境的明暗交替變化,當通氣率由0.2v