閃光反應(yīng)器流場優(yōu)化促進(jìn)微藻固定燃煤煙氣CO2研究.pdf

1、能源微藻由于生長速度快和光能利用效率高，已成為CO2減排和新能源開發(fā)領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)。利用微藻捕集利用燃煤電廠煙氣CO2具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和很強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用前景，而開發(fā)高效低成本的光合反應(yīng)器是微藻固碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文利用CFD流體力學(xué)數(shù)值模擬、PIV流場測試系統(tǒng)、高速攝像系統(tǒng)、溶氧和pH在線測試系統(tǒng)等，研究了增設(shè)擾流件條件下光合反應(yīng)器流場結(jié)構(gòu)、氣泡動(dòng)態(tài)生成演變、反應(yīng)器傳質(zhì)混合以及微藻固定燃煤煙氣CO2特性。
　　本研究主要

2、內(nèi)容包括：⑴發(fā)明設(shè)計(jì)了升降滑板式擾流件強(qiáng)化跑道池反應(yīng)器的閃光效應(yīng)促進(jìn)微藻生長固碳。流體力學(xué)數(shù)值模擬計(jì)算表明，當(dāng)漿輪轉(zhuǎn)速為30 r/min時(shí)，增加擾流件使液體垂直方向流速增加了75％，微藻閃光周期從5.1 s降低了24%達(dá)到3.9 s，擾流件產(chǎn)生漩渦流動(dòng)使藻細(xì)胞高頻閃光（周期=3s）出現(xiàn)的概率增加了52%達(dá)到0.44。⑵測試了升降滑板式擾流件在跑道池反應(yīng)器中產(chǎn)生的漩渦流場，強(qiáng)化了微藻細(xì)胞在池底暗區(qū)和池頂光區(qū)之間上下流動(dòng)的閃光效應(yīng)。測試表明

3、增設(shè)擾流件后強(qiáng)化流場混合使液體混合時(shí)間減少了41%，使氣液兩相傳質(zhì)系數(shù)提高了25%。液體上下流動(dòng)速度由~0.5cm/s提高到~6.1cm/s，使藻液上下流動(dòng)的光暗循環(huán)周期降低到?jīng)]有擾流件時(shí)的1/12。通過強(qiáng)化跑道池反應(yīng)器的上下閃光效應(yīng)促進(jìn)了微藻光合生長固碳，使微藻生物質(zhì)產(chǎn)量提高了32.6%。⑶基于脈動(dòng)流場開發(fā)了新型曝氣器能有效減小氣泡生成時(shí)間提高反應(yīng)器傳質(zhì)系數(shù)。當(dāng)曝氣器中泵送水速為0.41 m/s和曝氣孔徑為0.3mm時(shí)，脈動(dòng)流場使氣泡

4、直徑和生成時(shí)間分別下降16.5%和41.8%。當(dāng)跑道池中培養(yǎng)液平均流速為20 cm/s時(shí)，脈動(dòng)流場使傳質(zhì)系數(shù)提高15.3%，液相混合時(shí)間減小32.3%。⑷設(shè)計(jì)了中心橫柱擾流件強(qiáng)化板式立體光合反應(yīng)器內(nèi)的液體水平方向閃光效應(yīng)促進(jìn)微藻生長固碳。流體力學(xué)數(shù)值模擬計(jì)算表明，當(dāng)通氣量為0.02 vvm和藻液濃度為0.85 g/L時(shí)，增設(shè)擾流件使液體水平流速增加95%，微藻顆粒的閃光周期減少17.5%，擾流條件下微藻顆粒高頻閃光（周期=5~10 s）

5、出現(xiàn)的概率增加了65%達(dá)到0.43。⑸測試了中心橫柱擾流件和貼壁三棱柱擾流件在板式反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的漩渦流場，強(qiáng)化水平方向閃光效應(yīng)顯著提高了微藻生長固定 CO2速率。當(dāng)通氣速率為0.06 vvm和擾流橫柱直徑為70 mm時(shí)，反應(yīng)器液體混合時(shí)間減少21%，氣液兩相傳質(zhì)系數(shù)提高30%。液體水平流速從~0.9 cm/s提高到~3.5 cm/s，使藻液水平流動(dòng)的光暗循環(huán)周期降低到?jīng)]有擾流件時(shí)的1/4。通過強(qiáng)化水平閃光效應(yīng)促進(jìn)了微藻光合生長，使微藻生