微藻光生物反應(yīng)器內(nèi)光傳輸及生化動(dòng)力學(xué)特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著當(dāng)今社會(huì)的高速發(fā)展，由二氧化碳引發(fā)的全球溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重因此研究二氧化碳捕獲及封存技術(shù)以及開發(fā)清潔可靠，環(huán)境友好的可再生能源已經(jīng)成為科學(xué)研究前沿?zé)狳c(diǎn)，利用光合微藻作為媒介進(jìn)行二氧化碳的捕獲和封存技術(shù)被認(rèn)為是最有前途的用于固碳并生產(chǎn)生物質(zhì)能源的生物法之一。
　　平板式，直管式，柱式及螺旋管式光生物反應(yīng)器是常見的光生物反應(yīng)器，為深入分析其內(nèi)光傳輸及分布規(guī)律，以及螺旋管式內(nèi)由于二次流引發(fā)的明暗交替現(xiàn)象，光傳輸對(duì)微藻生長(zhǎng)及底物消耗特性

2、的影響規(guī)律，本文采用數(shù)值模擬方法，針對(duì)平板式，直管式，柱式以及螺旋管式光生物反應(yīng)器內(nèi)的光傳輸規(guī)律，微藻生長(zhǎng)及消耗動(dòng)力學(xué)特性加以研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?、賹?duì)于蛋白核小球藻，當(dāng)入射光強(qiáng)為30μmol m?2s?1時(shí)蛋白核小球藻處于生化動(dòng)力學(xué)光限制區(qū)，當(dāng)入射光強(qiáng)為70μmol m?2s?1時(shí)蛋白核小球藻的生化動(dòng)力學(xué)特性開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，當(dāng)入射光強(qiáng)為200μmol m?2s?1時(shí)，光生物反應(yīng)器內(nèi)靠近入射光的位置上的蛋白核小球

3、藻的生化動(dòng)力學(xué)特性隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)遞減的變化趨勢(shì)，而在遠(yuǎn)離入射光的位置，蛋白核小球藻的生化動(dòng)力學(xué)特性隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)遞增的變化趨勢(shì)。
　?、谠谄桨迨焦馍锓磻?yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻的生化動(dòng)力學(xué)處于光限制區(qū)的入射光強(qiáng)為27.6μmol m?2s?1，而入射光強(qiáng)為55.2μmol m?2s?1時(shí)蛋白核小球藻的生化動(dòng)力學(xué)特性開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。而對(duì)于管式光生物反應(yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻在入射光強(qiáng)為27.6μmol m?2s?1時(shí)蛋白核小球藻

4、的生化動(dòng)力學(xué)處于光限制區(qū)，當(dāng)入射光強(qiáng)為58μmol m?2s?1時(shí)蛋白核小球藻的比生長(zhǎng)及消耗速率開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。兩種反應(yīng)器內(nèi)當(dāng)入射光強(qiáng)為90μmol m?2s?1時(shí)，光生物反應(yīng)器內(nèi)靠近入射光的位置上的蛋白核小球藻的比生長(zhǎng)及消耗速率隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)遞減的變化趨勢(shì)，而在遠(yuǎn)離入射光的位置，蛋白核小球藻的比生長(zhǎng)及比消耗速率隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)遞增的變化趨勢(shì)。柱式光生物反應(yīng)器內(nèi)蛋白核小球藻生化動(dòng)力學(xué)處于光限制區(qū)光強(qiáng)為27.6μmol m?

5、2s?1，入射光強(qiáng)為50μmol m?2s?1時(shí)蛋白核小球藻的生化動(dòng)力學(xué)開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，在入射光強(qiáng)為70μmol m?2s?1時(shí)，光生物反應(yīng)器內(nèi)靠近入射光的位置上的蛋白核小球藻的比生長(zhǎng)及比消耗速率隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)遞減的變化趨勢(shì)，而在遠(yuǎn)離入射光的位置，蛋白核小球藻的比生長(zhǎng)及比消耗速率隨光照強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)遞增的變化趨勢(shì)。
　?、坩槍?duì)螺旋管式光生物反應(yīng)器內(nèi)微藻生長(zhǎng)的明暗交替現(xiàn)象，本文對(duì)螺旋管式光合微藻反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)特性及管內(nèi)光分

6、布特性進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，得到了相同藻液流速下，不同區(qū)域流體跡線的明暗交替頻率不同，管中心處跡線的頻率較小，遠(yuǎn)離中心線的上下兩側(cè)分布的跡線的頻率較大；隨液體流速增加，相同跡線明暗交替頻率逐漸增大。
　?、軐?duì)螺旋管環(huán)繞中心柱式組合光生物反應(yīng)器中的螺旋管式光生物反應(yīng)器內(nèi)藍(lán)綠藻的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)特性而言，入射光強(qiáng)為1000μmol m?2s?1時(shí)藍(lán)綠藻的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)處于光限制區(qū)，2100μmol m?2s?1時(shí)藍(lán)綠藻的比生長(zhǎng)速率開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)

7、象。在入射光強(qiáng)為2380，2500以及3000μmol m?2s?1時(shí)，藍(lán)綠藻的比生長(zhǎng)速率的光抑制效應(yīng)逐漸加強(qiáng)。對(duì)中心圓柱式光生物反應(yīng)器內(nèi)藍(lán)綠藻的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)特性而言，入射光強(qiáng)為1000μmol m?2s?1時(shí)藍(lán)綠藻的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)處于光限制區(qū)，入射光強(qiáng)為2000μmol m?2s?1時(shí)藍(lán)綠藻的比生長(zhǎng)速率開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。
　?、葆槍?duì)一定入射光強(qiáng)下螺旋管環(huán)繞中心柱式組合光生物反應(yīng)器內(nèi)藍(lán)綠藻比生長(zhǎng)速率分布隨培養(yǎng)時(shí)間及光程的變化規(guī)律，研究