微藻具有固定CO₂能力强、光能利用效率高、生物质经济价值高等特点,故成为碳减排和新能源开发领域的研究热点之一。开发气液混合传质强、CO₂曝气直径小、藻细胞闪光频率高的微藻光合反应器是技术关键。本文研究开发了新型射流曝气旋流板式微藻光合反应器,利用流体力学数值模拟、溶氧/p H在线测试和高速摄像系统等对该光合反应器的流场结构、曝气气泡、闪光效应及混合传质等进行了研究探讨。设计研制了一种新型射流曝气切圆旋流板式（JTSP）微藻光合反应器。循环的微藻溶液进入射流曝气器通过真空负压卷吸15%浓度CO₂,然后通过中心对称的四个喷嘴射入到板式微藻光合反应器中。位于同一个平面上的四股喷嘴射流都与一个位于反应器中心的假想圆相切,带动周围微藻溶液做竖直涡旋运动。利用流体力学数值模拟揭示了JTSP微藻光合反应器中的漩涡流场,通过优化结构参数提高了反应器的湍动能和闪光频率。与传统气升板式（TAP）微藻光合反应器相比,JTSP微藻光合反应器的流场死区面积减少了56.9%,湍动能增加了35.5%达到18.2cm²/s²。微藻细胞在反应器光区和暗区之间运动频率增强,使闪光频率增加了11.4倍达到0.13 Hz,有效促进了微藻生长固碳。利用溶氧/p H在线系统和高速摄像系统测试了JTSP微藻光合反应器的混合传质性能。JTSP微藻光合反应器能够显著减小气泡直径,强化气液混合传质,提高微藻生长固碳速率。随着喷嘴个数（n）减少以及假想切圆相对直径（d/D）增加,气液混合传质系数相应增大。当反应器采用4个喷嘴、假想切圆相对直径d/D=0.34时,JTSP微藻光合反应器的平均气泡直径降低到0.37 mm,比TAP微藻光合反应器减小了80.2%;传质系数增强到48.8 h^-1,比TAP微藻光合反应器增大了4.6倍;混合时间降低到32.1 s,比TAP微藻光合反应器减少了71.4%;微藻固定CO₂得到的生物质干重达到1.33 g/L,比TAP微藻光合反应器提高了49.4%。开发了一种三维切圆柱旋流板式（TTSP）微藻光合反应器,进一步强化微藻光合反应器的混合传质和闪光效应,促进了微藻生长和固定CO₂。藻液经由水泵从板式反应器底部泵出进入射流曝气器卷吸15%浓度CO₂,再通过中心对称排列的四个喷嘴射入板式反应器中,特色在于喷嘴轴线与反应器中心截面有一定的夹角,并相切于一个位于反应器中心水平方向的假想圆柱面,从而驱动周围藻液运动形成三维结构的交错漩涡。当喷嘴轴线与反应器中心截面夹角为22.1°、切圆柱相对直径d/D=0.34时,TTSP微藻光合反应器的闪光频率比JTSP微藻光合反应器提高了90.9%,混合时间减少了48.4%,使微藻固定CO₂得到的生物质干重比JTSP微藻光合反应器进一步提高了28.9%。