气升式微藻培养反应器曝气结构与性能优化数值模拟研究

作     者：韩飞 叶斌华 石向星 焦永刚 赵青云 钟凯强 HAN Fei;YE Binhua;SHI Xiangxing;JIAO Yonggang;ZHAO Qingyun;ZHONG Kaiqiang

作者机构：石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 

出 版 物：《安全与环境学报》 (Journal of Safety and Environment)

年 卷 期：2023年第23卷第12期

页      面：4472-4480页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

基　　金：河北省高等学校科学技术研究项目(QN2018025) 

主　　题：环境工程学 微孔曝气器 微藻 气液两相流 数值模拟 生物反应器 

摘      要：利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件并采用欧拉模型模拟不同曝气结构的光生物反应器流场,湍流模型为标准k-ε模型。(1)通过在4种结构(球形、球冠、下半球、平板)中对5种参数(气含率、平均气速、平均液速、湍流动能、传质系数)进行分析,结果显示球形结构具有更好的曝气效果。其中,球形结构平均液速相较于平板结构提高了约52%,湍流动能相较于下半球结构高约78%。(2)研究反应器高度对曝气效果的影响,结果显示生物反应器的最优高度为30~40 cm。生物反应器高度为30 cm时,湍流动能最大,为0.182 m^(2)/s~2,比高度为20 cm时增大了约30%。(3)将双曝气头与单个曝气头的曝气性能进行比较,结果发现双曝气头具有更好的曝气效果。26孔双曝气头的湍流动能最高,为0.213 m^(2)/s~2;36孔双曝气头的湍流动能低于26孔双曝气头的湍流动能,为0.189 m^(2)/s~2,比球形结构的湍流动能提高约25%;36个孔的双曝气头传质系数为1.089 s^(-1),相较于球形装置的传质系数提高约56.9%。