組合轉(zhuǎn)子管式光生物反應(yīng)器氣液兩相流混合特性研究.pdf

1、生物柴油作為微藻產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)技術(shù)的產(chǎn)品之一，被認(rèn)為是具有廣闊發(fā)展前景的清潔可再生能源。作為用于大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖生物柴油原料的微藻培養(yǎng)設(shè)備——光生物反應(yīng)器(PBR)其應(yīng)具備成本低、產(chǎn)量高、易于維護(hù)的商業(yè)化特點(diǎn)。管式光生物反應(yīng)器(T-PBR)由于其比表面積大、封閉抗污染、可操控性好的優(yōu)點(diǎn)從眾多類型的PBR中脫穎而出。但同樣存在著混合傳質(zhì)性能不佳，微藻易附壁沉積，放大較困難的問題。針對這些缺陷，通過改進(jìn)T-PBR的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，優(yōu)化流場，來增大反

2、應(yīng)器容積，提高流體的混合傳質(zhì)效果，改善微藻在管中的分布狀態(tài)，從而整體提高T-PBR的性能。這對于提高微藻產(chǎn)量，指導(dǎo)大規(guī)模生產(chǎn)具有重要意義。
　　本文簡要介紹了通過微藻進(jìn)行生物柴油制備的研究進(jìn)展以及影響微藻生長的因素。對典型PBR的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)的描述。重點(diǎn)闡述了用于改善T-PBR流體混合特性的“潔能芯”組合轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。并通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬分析和可視化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，來優(yōu)化組合轉(zhuǎn)子T-

3、PBR的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)氣液兩相流的混合。
　　本文設(shè)計(jì)了一種具有弧形折邊結(jié)構(gòu)的翼片轉(zhuǎn)子，并與兩葉片轉(zhuǎn)子進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明:翼片轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)能夠顯著提高T-PBR中的氣含率，提高氣液兩相間傳質(zhì)效果，相較兩葉片轉(zhuǎn)子管和光管，氣含率分別提高了53.7％和26.5％，利于微藻對碳源的吸收。
　　本文分析了T-PBR在不同傾角(0°、30°、60°、90°)條件下的氣液兩相流混合特性，結(jié)果顯示:隨著傾角的增加，氣速和流體湍動(dòng)能不斷

4、增加，內(nèi)置轉(zhuǎn)子后效果更加明顯，因此，在90°傾角、內(nèi)置轉(zhuǎn)子條件下，氣液兩相流流體的混合能力更強(qiáng)，更有利于微藻的生長。
　　本文對一種大管徑多轉(zhuǎn)子串T-PBR進(jìn)行了模擬研究。探究轉(zhuǎn)子串?dāng)?shù)量、轉(zhuǎn)子串排布形式、轉(zhuǎn)子類型等因素對流場的影響。結(jié)果表明:通過旋轉(zhuǎn)能夠重合的不同轉(zhuǎn)子串排布形式對液相流體的混合性能影響較小，但對氣相流體影響較大;在一定范圍內(nèi)，呈單圈環(huán)形排布的多組轉(zhuǎn)子串管路的混合性能優(yōu)于呈內(nèi)外國環(huán)形排布的同樣數(shù)量轉(zhuǎn)子串管路的混合性能