基于CF D的跑道池式微藻光生物反應器葉片結(jié)構及進氣布置的優(yōu)化設計.pdf

1、微藻作為一種清潔、可再生型生物能源，具有很大的發(fā)展前景。在大規(guī)模的微藻培養(yǎng)中，跑道池式光生物反應器因具有結(jié)構簡單、培養(yǎng)成本低以及易于規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點而運用廣泛?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，提高藻液在光照方向上的混合性能有利于藻細胞進行更為有效的光合作用，進而能顯著提高微藻的產(chǎn)量。然而目前的跑道池式反應器內(nèi)仍然存在著藻液在光照方向上混合性能不佳的問題，本文利用計算流體力學（CFD）技術，基于數(shù)值模擬結(jié)果對跑道池式光生物反應器的蹼輪葉片結(jié)構以及跑道池底部

2、空氣進氣孔布置方式進行了優(yōu)化設計，以期提升反應器內(nèi)藻液的混合性能。
　　研究表明，在相同的蹼輪轉(zhuǎn)速和藻液深度的情況下，蹼輪采用后折型葉片比其它葉片型式更能節(jié)省功耗且增強藻液的混合效果。本文對后折型葉片的具體結(jié)構做了進一步優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)在模擬的參數(shù)范圍內(nèi)，當葉片彎折比為1.0，葉片彎折角為90度時，反應器單位功耗下藻液光照方向的無量綱速度(η)最大，藻液在光梯度方向上的混合性能最好。葉片結(jié)構優(yōu)化后的值與優(yōu)化前相比，增加了164％。

3、>　　為了進一步提升混合性能，本文在跑道池底部增設了空氣進氣孔。對排布方式為3×12（y和x方向各有3和12個氣孔）的氣孔分布間距進行了優(yōu)化研究，發(fā)現(xiàn)當間距過小時，每個氣孔上方區(qū)域內(nèi)由氣泡所帶動的流動產(chǎn)生相互干擾；當間距過大時，氣泡對藻液的擾動不均勻，且此時，會有兩排氣孔距離跑道池的側(cè)壁面很近，增大了側(cè)壁面對光照梯度方向上藻液流動的阻礙作用。上述現(xiàn)象均會降低藻液在光照方向上的混合性能。在所研究的參數(shù)范圍內(nèi)，當氣孔分布間距Δx/L等于0.

4、10，Δy/W等于1/3時，藻液光照方向上的無量綱速度最大，光暗循環(huán)周期最短，混合性能的提升最顯著。
　　最后，采用正交試驗及其分析方法，對x和y方向上的氣孔數(shù)目、氣孔起始位置（Δm/L）和氣孔尺寸做了進一步優(yōu)化研究。結(jié)果表明，x和y方向上布置的氣孔數(shù)目越多（14×4），藻液在光照方向的無量綱速度越大，而氣孔起始位置和氣孔尺寸存在一個中間最佳值（Δm/L為0.30，氣孔邊長α為20mm）。四個參數(shù)影響反應器混合性能的主次順序為：氣