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简论自养平板气升环流式微藻光反应器

收藏本文 2024-02-17 点赞:11529 浏览:46528 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:微藻能源作为第三代生物燃料是国内外新能源领域的前沿探讨课题,而如何开发立体微藻光反应器实现高密度养殖微藻、以显著提升单位占地面积上的微藻生物质产量是当前的热点和难点不足。本论文研发了一种平板气升环流式微藻光反应器,浅析了闪光效应和流体动力等特性对微藻生长的影响规律。本论文选择微拟球藻作为实验藻种,通过平板气升环流式反应器内实验得到适宜微藻生长的最佳通气速率为每升藻液内通入空气流量0.5L·min-1。通过微藻培养液的光衰减实验,基于Lambert-Beer定律得到微藻的光衰减公式为I=I0·e-(04x+0.024)L。通过光强对微藻比生长速率的影响实验,得到在35-95μmol·m-2·s-1的光强范围内,微藻在指数生长期的比生长速率随光强增大而提升,但提升幅度逐渐减小。通过Fluent流体动力学软件对反应器内流场结构进行了计算模拟,对气含率和液体速率的计算模拟结果进行了实验验证。在此基础上计算得到导流板长度、导流板间距和装液位高度对反应器内流场的影响规律,确定了导流板长度25cm、导流板间距20cm、液位高度35cm作为平板气升环流式反应器的优化结构。通过在该反应器藻液上升区内添加横向交叉隔板,在增大整体气含率同时起到了良好的导流作用。数值模拟发现:上升区内的液流形成一个顺时针和逆时针旋转的交替更迭的大涡流动,加强了气液混合和物质传递,在水平光程方向上藻液速度提升到15-22倍,藻液光暗循环周期显著降低到无横向隔板时的1/19,由于微藻闪光效应的影响最终使微藻生物质产量提升了25%。对反应器内微藻生长曲线进行计算拟合,探讨了微藻在恒定入射光强下的生长动力学,发现能够与Logistic方程吻合良好,为开发工业化微藻光反应器提供了参考依据。关键词:微藻论文光反应器论文自养生长论文气升环流论文数值模拟论文

    致谢5-7

    摘要7-8

    Abstract8-10

    目录10-13

    第1章 绪论13-37

    1.1 探讨背景作用13-14

    1.2 微藻的光自养生长14-21

    1.2.1 微藻的光合作用14-16

    1.2.2 微藻自养生长影响因素16-21

    1.3 微藻光反应器21-28

    1.3.1 开放池式培养系统22

    1.3.2 封闭式培养系统22-28

    1.4 立体式光反应器特性28-32

    1.4.1 流体混合28-29

    1.4.2 光穿透深度29-30

    1.4.3 气体的注入30-31

    1.4.4 反应器内微藻的连续性培养31-32

    1.5 光反应器的计算模拟策略32-35

    1.5.1 气液两相流模型的探讨33-34

    1.5.2 微藻光反应器模拟进展34-35

    1.6 本论文探讨目的和主要内容35-37

    第2章 微拟球藻的光自养生长37-49

    2.1 引言37-38

    2.2 通气量对微拟球藻生长的影响38-42

    2.2.1 实验材料及策略38-40

    2.2.2 微藻生长的通气量实验探讨40-42

    2.3 微拟球藻的遮光特性探讨42-47

    2.3.1 实验材料及策略42

    2.3.2 微藻的光衰减模型42-45

    2.3.3 微拟球藻的光衰减实验探讨45-47

    2.4 入射光强对微拟球藻生长的影响47-49

    2.4.1 实验材料及策略47-48

    2.4.2 微藻生长的比生长速率实验探讨48-49

    第3章 平板气升环流式反应器的结构优化49-71

    3.1 反应器内流体动力模拟49-56

    3.1.1 模型的建立49

    3.1.2 模拟数值模型的选取49-54

    3.1.3 模拟参数设定54-56

    3.2 计算结果讨论56-65

    3.2.1 网格无关性检验56-57

    3.2.2 收敛性浅析57

    3.2.3 气含率和液体速率计算结果及实验验证57-61

    3.2.4 导流板长度对反应器性能影响61-62

    3.2.5 导流板间距对反应器性能影响62-64

    3.2.6 装液位高度对反应器性能影响64-65

    3.3 平板气升环流式反应器的结构优化65-71

    3.3.1 反应器模型建立及参数设定65-66

    3.3.2 反应器模型的计算结果讨论66-71

    第4章 反应器内微拟球藻培养实验71-77

    4.1 微藻生长的实验探讨71-75

    4.1.1 实验材料及策略72

    4.1.2 实验结果浅析72-75

    4.2 反应器内微藻的生长动力学模型75-77

    第5章 结论与展望77-80

    5.1 结论77-78

    5.2 本论新之处78

    5.3 今后探讨展望78-80

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