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

来源：安全与环境学报, 2023, 23(12): 4472-4480.

DOI：10.13637/j.issn.1009-6094.2022.1666

• 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

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 m2/s2,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 m2/s2;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 m2/s2,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%。

• 单位
  石家庄铁道大学