微藻光生物反應器內光傳輸及生化動力學特性數(shù)值模擬研究.pdf

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

2、的影響規(guī)律，本文采用數(shù)值模擬方法，針對平板式，直管式，柱式以及螺旋管式光生物反應器內的光傳輸規(guī)律，微藻生長及消耗動力學特性加以研究，主要研究內容和結論如下：
　?、賹τ诘鞍缀诵∏蛟?，當入射光強為30μmol m?2s?1時蛋白核小球藻處于生化動力學光限制區(qū)，當入射光強為70μmol m?2s?1時蛋白核小球藻的生化動力學特性開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，當入射光強為200μmol m?2s?1時，光生物反應器內靠近入射光的位置上的蛋白核小球

3、藻的生化動力學特性隨光照強度的增加呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，而在遠離入射光的位置，蛋白核小球藻的生化動力學特性隨光照強度的增加呈現(xiàn)遞增的變化趨勢。
　?、谠谄桨迨焦馍锓磻鲀鹊鞍缀诵∏蛟宓纳瘎恿W處于光限制區(qū)的入射光強為27.6μmol m?2s?1，而入射光強為55.2μmol m?2s?1時蛋白核小球藻的生化動力學特性開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。而對于管式光生物反應器內蛋白核小球藻在入射光強為27.6μmol m?2s?1時蛋白核小球藻

4、的生化動力學處于光限制區(qū)，當入射光強為58μmol m?2s?1時蛋白核小球藻的比生長及消耗速率開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。兩種反應器內當入射光強為90μmol m?2s?1時，光生物反應器內靠近入射光的位置上的蛋白核小球藻的比生長及消耗速率隨光照強度的增加呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，而在遠離入射光的位置，蛋白核小球藻的比生長及比消耗速率隨光照強度的增加呈現(xiàn)遞增的變化趨勢。柱式光生物反應器內蛋白核小球藻生化動力學處于光限制區(qū)光強為27.6μmol m?

5、2s?1，入射光強為50μmol m?2s?1時蛋白核小球藻的生化動力學開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，在入射光強為70μmol m?2s?1時，光生物反應器內靠近入射光的位置上的蛋白核小球藻的比生長及比消耗速率隨光照強度的增加呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，而在遠離入射光的位置，蛋白核小球藻的比生長及比消耗速率隨光照強度的增加呈現(xiàn)遞增的變化趨勢。
　?、坩槍β菪苁焦馍锓磻鲀任⒃迳L的明暗交替現(xiàn)象，本文對螺旋管式光合微藻反應器內的流動特性及管內光分

6、布特性進行了三維數(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，遠離中心線的上下兩側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β菪墉h(huán)繞中心柱式組合光生物反應器中的螺旋管式光生物反應器內藍綠藻的生長動力學特性而言，入射光強為1000μmol m?2s?1時藍綠藻的生長動力學處于光限制區(qū)，2100μmol m?2s?1時藍綠藻的比生長速率開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)

7、象。在入射光強為2380，2500以及3000μmol m?2s?1時，藍綠藻的比生長速率的光抑制效應逐漸加強。對中心圓柱式光生物反應器內藍綠藻的生長動力學特性而言，入射光強為1000μmol m?2s?1時藍綠藻的生長動力學處于光限制區(qū)，入射光強為2000μmol m?2s?1時藍綠藻的比生長速率開始出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。
　　⑤針對一定入射光強下螺旋管環(huán)繞中心柱式組合光生物反應器內藍綠藻比生長速率分布隨培養(yǎng)時間及光程的變化規(guī)律，研究