能源微藻生物反應(yīng)器內(nèi)輻射傳遞的數(shù)值模擬.pdf

1、能源短缺是人類進入21世紀(jì)所面臨的第一大危機。全世界人口的不斷增加和經(jīng)濟發(fā)展的迫切需求加快了化石燃料的消耗,同時,傳統(tǒng)能源的大量燃燒使環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。因此可再生和環(huán)境友好型的生物質(zhì)能源吸引了越來越多學(xué)者關(guān)注。藻類因油脂產(chǎn)率高、生長速度快、占地面積小和能量密度高越來越受到關(guān)注。盡管利用能源微藻生產(chǎn)生物質(zhì)能源的發(fā)展前景廣闊,但是也存在許多亟待解決的技術(shù)障礙。
　　目前,如何提高微藻光生物反應(yīng)器的效率以降低成本及進行規(guī)?；囵B(yǎng)是其

2、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)瓶頸,而對微藻細胞生長環(huán)境的優(yōu)化是提高光生物反應(yīng)器培養(yǎng)效率的關(guān)鍵。光生物反應(yīng)器內(nèi)部包含多種物理過程,如多相流動、光輻射輸運、傳熱及傳質(zhì)等過程。對微藻細胞生長的局部光照環(huán)境的分析依賴于對光生物反應(yīng)器內(nèi)輻射傳輸及與對流作用耦合過程的分析。
　　本論文基于計算流體力學(xué)方法研究了能源微藻在光生物反應(yīng)器內(nèi)的多維、多光譜輻射輸運及輻射與對流的非穩(wěn)態(tài)耦合輸運過程,分析了藻細胞在對流過程中的局部光照條件的非穩(wěn)態(tài)變化過程。研究中微藻

3、的種類選取為輻射特性參數(shù)研究比較全面的小球藻,光生物反應(yīng)器取為一種具有多層隔板的平板式光生物反應(yīng)器,它具有結(jié)構(gòu)簡單、光照比面積大、占地面積小的特點。分析了不同微藻濃度及不同光源條件下對該光生物反應(yīng)器輻射輸運過程的影響。研究了不同通氣率條件下,光生物反應(yīng)器內(nèi)的流動特性,以及反應(yīng)器內(nèi)不同位置處微藻的時變受光特性以及輻射-對流耦合引起的“閃光效應(yīng)”。數(shù)值模擬結(jié)果表明,輻射和對流的耦合輸運會引起微藻局部光照環(huán)境的明暗交替變化,當(dāng)通氣率由0.2v