18493.基于場協(xié)同的相切套管式光生物反應器的流場模擬及優(yōu)化

1、基于場協(xié)同的相切套管式光生物反應器的基于場協(xié)同的相切套管式光生物反應器的流場流場模擬及模擬及優(yōu)化優(yōu)化FlowFieldSimulationOptimizationoftheTangentTubeintubePhotobieactBasedontheFieldSynergy學科專業(yè)：熱能工程研究生：張雯雯指導教師：趙軍教授天津大學機械工程學院二零一二年十二月摘要微藻作為生物質(zhì)能的能源之一，具有強大的節(jié)能減排優(yōu)勢。用于培養(yǎng)微藻的光生物反應器

2、近幾年的發(fā)展非常迅速，其中，管式光生物反應器相比于其他光生物反應器，具有產(chǎn)量高和可以擴大培養(yǎng)的優(yōu)勢，但是，其傳質(zhì)弱、條件不易控制、貼壁生長和光對管徑的影響等缺點限制了此類反應器的推廣。而目前，許多研究學者設計了不同類型的光生物反應器和不同形式的混合方法，通過培養(yǎng)實驗來驗證微藻生長情況和固碳效率。但是，這些方法和構造是否達到了培養(yǎng)環(huán)境的最優(yōu)化，是不確定的。因此，本文首次初步地將場協(xié)同理論應用于培養(yǎng)微藻的環(huán)境優(yōu)化上，以產(chǎn)生縱向渦為思想并結合

3、已有的管式和拋物線形，提出了新型相切套管式光生物反應器；同時，對該反應器進行模擬得到最優(yōu)結構和運行條件，并與課題組的套管式光生物反應器的模擬結果對比，從而預測相切套管式光生物反應器的培養(yǎng)效果。經(jīng)過結構優(yōu)化的模擬和對兩種反應器的模擬對比分析，我們得出如下結論：1、經(jīng)過模擬，相切套管式光生物反應器內(nèi)部產(chǎn)生了縱向渦，符合了場協(xié)同理論，初步達到了強化傳質(zhì)的目的。2、向下30曝氣方向和曝氣率為0.7vvm的參數(shù)，更有利于暗區(qū)的混合擾動，且截面平均

4、|cosα|值達到0.656，使光照方向和速度場之間的協(xié)同程度最好，從而加強了光照方向的混合，提高了氣液傳質(zhì)效率，并使細胞可以在光暗區(qū)游動而提高光合效率。3、實際的培養(yǎng)實驗中，我們通過預培養(yǎng)實驗得出，選用BG11培養(yǎng)基和普通小球藻進行下一步光生物反應器的擴大培養(yǎng)實驗；目前實驗臺已搭建，管段加工后即可進行擴大培養(yǎng)實驗。4、相切套管式光生物反應器的平均徑向速度和|cosα|，普遍大于套管式光生物反應器和文獻數(shù)據(jù)，因此相切套管式光生物反應器的