用计算流体力学法建立热管生物反应器传热数学模型

用粒子成像测速技术(PIV)和稳态法分别测量均相流体在热管生物反应器中湍流时的流场、温度场;从流体微元出发,用计算流体力学(CFD)的方法建立热管生物反应器的传热数学模型。实验与流体力学计算软件结果均表明,该反应器传热数学模型能够很好地模拟并预测反应器内流体的流场、温度场等,为热管生物反应器的数学模型及放大提供基本传热数学模型。

热管在生物反应器上的应用

热管作为一种高导热性能的传热装置,其工程应用范围日益扩大.本文结合实验针对如何将热管技术应用于生物反应器这一问题进行了较为详细的论述,同时指出了热管在生物化工领域内应用的光明前景.

旋转热管生物反应器的流场模拟研究

采用热管技术对传统生物反应器进行革新,自主开发出一种适用于多种生物反应的新型生物反应器,提出了将热管本身作为搅拌轴的设计思想,同时以计算流体力学(CFD)为基础建立旋转热管生物反应器的数学模型,计算了不同雷诺数下此类搅拌轴的功率准数,并得到了功率曲线。采用标准k-ε湍流模型成功模拟了反应器内的速度分布,为反应器的优化设计提供了基础。

黄原胶在热管生物反应器中传热数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了多种因素对黄原胶水溶液在传统反应器与热管生物反应器中传质与传热状况的影响,通过数值模拟得到了反应器中流动场、温度场和全釜死区分布.结果显示:经典最大叶片式桨及改进最大叶片式桨都具有"双循环"流型结构,在釜内形成了良好的主体循环流动,有利于改善反应器内的传质与传热,验证了热管的使用没有对反应器中的流动场造成严重的影响;而温度场的比较则表明:热管的使用明显提高了反应器的传热性能,使反应器中的整体温度有明显下降.

用于生物反应器的旋转热管传热性能的研究

在现有生物反应器的基础上,结合生物反应的特点,采用热管技术高效取热,研究开发出一种新型旋转热管生物反应器。该反应器采用热管本身作为搅拌轴,热管蒸发段置于生物反应器内,冷凝段采用旋转强制风冷。建立了旋转热管生物反应器的试验装置,以水为模拟介质,在不同操作条件下对用作搅拌轴的旋转热管的传热性能进行试验研究,结果表明所设计的旋转热管能有效地驱除生物反应热,并得出了旋转速度及反应温度对旋转热管传热性能的影响关系,这为选取用于高效取热的传热性能最佳的旋转热管提供了试验依据。