基于CFD的柱状微藻光生物反应器进气布置及其内部结构的优化设计

发布时间：2023-04-17 03:00

　　微藻是一种能有效利用光能、二氧化碳和水生长的自养植物,在可再生能源制造、食品、医药、环境检测及净化等方面有广泛应用。光生物反应器作为微藻光自养培养的核心装置,对于微藻的规模化培养具有重要作用。柱状鼓泡式和气升式光生物反应器设计简单、运行适应性强并且节省能源,对于培养微藻很具潜力。本文利用计算流体力学(CFD)方法,对不同气体分布器结构、导流筒直径、自由液面到导流筒顶部高度、气体分布器到导流筒底部高度以及运行参数(表观气速)展开研究,分析柱状光生物反应器内藻液的流动形态、混合效率及微藻细胞的受光特性,指导反应器结构和运行参数设计,提高柱状光生物反应器性能。在相同的表观气速和光照条件下,研究发现气体分布器的气孔分布越均匀分散,导入气体在反应器内分布更加均匀,更有利于反应器内藻液的混合,促进了微藻细胞在光区和暗区之间循环流动,使反应器的光暗循环周期更小且时均光照强度更大。比较柱状鼓泡式和气升式反应器性能的研究发现,鼓泡式反应器内微藻细胞运动更加随机,没有形成固定的流动形式,而气升式反应器内产生了一种均匀流动形式,更有利于反应器内中心区域流体与外部区域流体的循环流动,促进微藻细胞在上升区和下降...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 影响微藻生长的主要因素
    1.3 微藻光生物反应器分类及各自特点
    1.4 提升光生物反应器混合性能的研究现状
    1.5 微藻光生物反应器光照和混合性能的研究方法
    1.6 本文研究内容与论文组织结构
2 柱状光生物反应器CFD模型的建立
    2.1 数值计算方法
    2.2 柱状光生物反应器CFD数值计算模型
    2.3 柱状光生物反应器光照模型
    2.4 模型验证
    2.5 评价参数的选取
    2.6 小结
3 进气布置对柱状光生物反应器的性能影响
    3.1 进气布置对柱状鼓泡式光生物反应器的性能影响
    3.2 进气布置对柱状气升式光生物反应器的性能影响
    3.3 柱状鼓泡式和气升式光生物反应器性能比较
    3.4 小结
4 柱状气升式光生物反应器的优化
    4.1 导流筒直径对气升式反应器性能的影响
    4.2 顶部空隙对气升式反应器性能的影响
    4.3 气体分布器空隙对气升式反应器性能的影响
    4.4 表观气速对气升式反应器性能的影响
    4.5 小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录 (攻读硕士学位期间发表论文)



本文编号：3792430