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能源微藻敞开式跑道池光生物反应器的实验与CFD模拟研究

作　者: 诸发超
导　师: 陈剑佩
学　校: 华东理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 能源微藻敞开式跑道池粒子图像测速技术(PIV) 计算流体力学(CFD) 粒子追踪模型(PTM)
分类号: Q949.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文对能源微藻敞开式跑道池光生物反应器进行了系统研究,开展了流场测试、CFD模拟、模型验证、内部结构优化及藻细胞受光特性分析等研究。首先采用PIV方法对小型跑道池内流场进行了测量,实验结果表明添加内外导流板,能够使高湍流动能耗散率区域明显减小,并且湍流动能耗散率分布与湍动能分布呈高度正相关。其次,采用不同湍流模型对跑道池流场进行模拟,并与PIV结果进行对比。结果显示大涡模拟能够准确的捕捉到流场的瞬时特性和湍流特性,但对时均速度场方面并没有明显的优势。最后结合培养实验对模拟结果进行了验证。对大型跑道池展开优化工作。综合考虑平均速度、死区比例、功率,当内外导流板均为180°、导流板延伸长度AL/W为0.5时,水流流态最优。当进气孔宽度方向间距AY/W1为1/4,长度方向间距△X/L1为0.025时,进气布置最优,此时平均光照方向速率提高了4.36倍。将粒子追踪模型和光衰减模型相结合,分别模拟了不通气与通气情况下的粒子运动轨迹,分析得到不通气时,粒子在跑道池中呈水平运动,没有光暗区之间的交换。通气时不同藻细胞的运动轨迹很有规律性,轨迹均呈正弦波变化。利用FFT得到不通气时光暗交替频率约为0,通气后光暗交替频率为0.2Hz。

能源微藻敞开式跑道池光生物反应器的实验与CFD模拟研究

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