閃光反應器流場優(yōu)化促進微藻固定燃煤煙氣CO2研究.pdf

1、能源微藻由于生長速度快和光能利用效率高，已成為CO2減排和新能源開發(fā)領域的前沿研究熱點。利用微藻捕集利用燃煤電廠煙氣CO2具有良好的經濟效益和很強的工業(yè)應用前景，而開發(fā)高效低成本的光合反應器是微藻固碳產業(yè)發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。本文利用CFD流體力學數值模擬、PIV流場測試系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、溶氧和pH在線測試系統(tǒng)等，研究了增設擾流件條件下光合反應器流場結構、氣泡動態(tài)生成演變、反應器傳質混合以及微藻固定燃煤煙氣CO2特性。
　　本研究主要

2、內容包括：⑴發(fā)明設計了升降滑板式擾流件強化跑道池反應器的閃光效應促進微藻生長固碳。流體力學數值模擬計算表明，當漿輪轉速為30 r/min時，增加擾流件使液體垂直方向流速增加了75％，微藻閃光周期從5.1 s降低了24%達到3.9 s，擾流件產生漩渦流動使藻細胞高頻閃光（周期=3s）出現的概率增加了52%達到0.44。⑵測試了升降滑板式擾流件在跑道池反應器中產生的漩渦流場，強化了微藻細胞在池底暗區(qū)和池頂光區(qū)之間上下流動的閃光效應。測試表明

3、增設擾流件后強化流場混合使液體混合時間減少了41%，使氣液兩相傳質系數提高了25%。液體上下流動速度由~0.5cm/s提高到~6.1cm/s，使藻液上下流動的光暗循環(huán)周期降低到沒有擾流件時的1/12。通過強化跑道池反應器的上下閃光效應促進了微藻光合生長固碳，使微藻生物質產量提高了32.6%。⑶基于脈動流場開發(fā)了新型曝氣器能有效減小氣泡生成時間提高反應器傳質系數。當曝氣器中泵送水速為0.41 m/s和曝氣孔徑為0.3mm時，脈動流場使氣泡

4、直徑和生成時間分別下降16.5%和41.8%。當跑道池中培養(yǎng)液平均流速為20 cm/s時，脈動流場使傳質系數提高15.3%，液相混合時間減小32.3%。⑷設計了中心橫柱擾流件強化板式立體光合反應器內的液體水平方向閃光效應促進微藻生長固碳。流體力學數值模擬計算表明，當通氣量為0.02 vvm和藻液濃度為0.85 g/L時，增設擾流件使液體水平流速增加95%，微藻顆粒的閃光周期減少17.5%，擾流條件下微藻顆粒高頻閃光（周期=5~10 s）

5、出現的概率增加了65%達到0.43。⑸測試了中心橫柱擾流件和貼壁三棱柱擾流件在板式反應器內產生的漩渦流場，強化水平方向閃光效應顯著提高了微藻生長固定 CO2速率。當通氣速率為0.06 vvm和擾流橫柱直徑為70 mm時，反應器液體混合時間減少21%，氣液兩相傳質系數提高30%。液體水平流速從~0.9 cm/s提高到~3.5 cm/s，使藻液水平流動的光暗循環(huán)周期降低到沒有擾流件時的1/4。通過強化水平閃光效應促進了微藻光合生長，使微藻生