生物质多相流光合产氢过程调控机理及光热传输特性研究

This topic will regard biomass multiphase flow photosynthetic hydrogen production system as research object, sunlight transmission characteristics, thermic response caused by biochemical reaction, distribution law of biomass powder multiphase flow and their relevant relationships will be studied, the corresponding mathematical models will be built to simulate and compute,and the coupling property and regulation methods of the biomass powder multiphase flow distribution and photothermal transfer process will be raised, and the regulation mechanism and the transmission characteristics of the photothermal transfer in photosynthetic microorganisms hydrogen production process with biomass powder will be explored. this research build an energy efficient and low-cost photosynthetic hydrogen production system coupled with the photothermal transfer characteristics of biomass multiphase flow,aiming to provide theoretical foundation and scientific reference for the industrial application of biological hydrogen production.

本课题以生物质多相流光合产氢体系为研究对象，对产氢过程中的太阳光传输特性、生化反应产热效应、生物质粉体多相流分布规律及其相关关系进行研究，并建立相应的数学模型进行仿真模拟计算，提出生物质粉体多相流分布与光能及热能传输过程等因素之间的耦合特性和调控方法，探索光合微生物利用生物质产氢过程中的调控机理及光热传输特性，构建与生物质多相流光热传输特性相耦合的高效节能低成本光合制氢体系，为光合生物制氢系统的工业化应用提供科学参考。

本课题以生物质多相流光合产氢体系为研究对象，对产氢过程中的太阳光传输特性、生化反应产热效应、生物质粉体多相流分布规律及其相关关系进行了研究，并建立了相应的数学模型进行仿真模拟计算，提出了生物质粉体多相流分布与光能及热能传输过程等因素之间的耦合特性和调控方法，探索了光合微生物利用生物质产氢过程中的调控机理及光热传输特性，构建了与生物质多相流光热传输特性相耦合的高效节能低成本光合制氢体系，为光合生物制氢系统的工业化应用提供科学参考。.课题对光合产氢固-液-气多相流体系的热物性参数进行了实验分析，结果表明产氢超微玉米芯粉的粒径分布区间为0.375μm至2000μm，球磨预处理对生物质粉体结构和化学组成的有一定的影响，但球磨时间过长，会对秸秆类生物质制氢造成消极影响。生物质多相流产氢料液的底物浓度与粘度值之间呈正相关关系，底物浓度越大，粘度越大。.玉米芯内部可降解成分含量最高，易于被利用，其产氢潜力较大。另外随着光照度的增大，产氢量和产氢速率提高，产氢延迟时间缩短，产氢效果增强，其中光照度为2000 lx 时综合效果最好。.利用Fluent软件对折流板式反应器进行了模拟计算，建立了光合产氢多相流的流变模型，探索产氢多相流体系浓度、粘度、压力、表面张力、剪切力、传热和传质的流场分布图，建立传热稳定系数模型，揭示流场分布对产氢过程和光合细菌生长的影响规律。结果表明该新型折流板式光生化反应器适用于光合生物制氢过程，折流板结构的加入在不需要外部供能的情况下实现了反应液的搅拌，内部供光模式大幅度提高了光源的利用率。.利用响应面法研究了底物浓度、初始pH值、光照强度、发酵温度、接种量等发酵工艺参数对光合生物制氢工艺的影响规律，根据模型预测光合细菌产氢最佳条件为初始pH值7.14，光照度3032.12 lx，温度30.50 ℃，料液比0.21。