论文部分内容阅读
采用新型结构的导流板以及设置较佳的导流板结构参数，可以简单、快速的提高反应器的性能，同时也可对已有的反应器进行低成本的优化改进。本文以李昱喆等人的带波形导流板的平板式生物反应器为模型，采用欧拉双流体模型建模，利用李昱喆等的实验结果，验证数值模拟的可靠性后，对带波形导流板的生物反应器内气体分布、液体流动混合、气液间传质及光照梯度混合等问题开展数值模拟研究，主要研究内容和成果如下：系统地分析了波纹结构对气体分布、液体流动、传质及混合特性的影响，结果表明，增大波形导流板高与波长的比值（L/λ）可少量增大气含率，主要表现为波形板凹凸起伏波峰下气含率的增加；改变波幅与波长的比值（A/λ）和L/λ均可有效的改变液体流速。当L/λ=12时，传质及流动混合性能较好，液相体积传质系数(kLa)、平均湍动能（Em）、下降区停留时间占循环一周时间比（θ）等表征传质及混合的参数值均较大，得到的液体流速在微藻生长的最佳流速附近。结合导流板结构得出，L/λ=12，当A/λ=0.8时，反应器的传质性能最优，kLa比采用平直导流板时增加了约10%；当A/λ=0.4时，反应器的混合效果最佳，Em比采用平直导流板时增加14.7%；对不同条件下的A/λ，θ值均比平直导流板时高，对强化下降区及上升区的混合有利。波纹结构对光照梯度混合性能的研究显示，改变参数L/λ和A/λ可有效调节反应器光照梯度的混合状况，波形导流板最佳的结构参数：L/λ=12，A/λ=0.2，此时下降区平均湍动能和下降区平均径向速度均较大，可在反应内创造较佳的混合条件，下降区平均湍动能比采用平直导流板时增加了35%。采用统计方法分析光照梯度的混合，在优化的波形导流板的作用下，混合过程中负值液体速度所占的比例是平直导流板的2.5倍，波形导流板优于传统的平直导流板，可显著提高反应器光照梯度混合性能。