液体连续相撞击流的剪切力场及其细胞破碎机理的研究

项目组前期研究发现，液体连续相撞击流（LIS）具有促进微观混合和压力波动强等特点，主要源于相向撞击流微团间强烈的相互碰撞、挤压和剪切。LIS的剪切力和对介质颗粒的曳力是极具应用价值的特性，细胞水力破碎就是其潜在的应用领域。细胞破碎是生物质深加工及中草药有效成分提取的重要步骤之一，在水处理过程中（如循环冷却水灭藻、自来水杀菌）也广泛应用。利用LIS的上述特性可望为细胞水力破碎提供一种新途径及理论依据。.作为研发细胞水力破碎技术的基础性工作，本项目将系统研究LIS中剪切力场及其与主要操作参数间关系，撞击区中介质颗粒速度、速度分布及其与操作参数间关系，剪切力场和曳力强度与细胞特性（细胞种类、尺寸、细胞壁厚度等）关联以及细胞破碎动力学，并进行液体连续相撞击流流场数学模拟。通过拍摄细胞在撞击流流场和介质作用下的发生形变直至破碎的过程，结合不同细胞壁的构造模型，探索细胞水力破碎的机理。

在调研了藻类植物、病原微生物、酵母菌等基础上，利用液体连续相撞击流（LIS）具有促进微观混合和压力波动强的特点，主要源于相向撞击流微团间强烈的相互碰撞、挤压和剪切。开展了液体连续相撞击流的剪切力场及其细胞破碎机理的研究。.作为研发细胞水力破碎技术的基础性工作，系统研究 LIS 中剪切力场及其与主要操作参数间关系，撞击区中介质颗粒速度、速度分布及其与操作参数间关系，剪切力场和曳力强度与细胞特性关联以及细胞破碎动力学，主要针对酵母菌和病原微生物探讨了转速、撞击时间、介质量与破碎率的关系。.利用FLUENT软件对立式液体连续相撞击流反应器进行三维流场的数值模拟，揭示其流体的运动规律，并对其压力场和速度场进行了分析。桨叶的倾角及其布置形式进行了探讨。.建立了双光源PIV流场测量系统，将液体连续相撞击流流场的具体情景记录在高速CCD相机内，通过高性能计算机对其结果进行分析，并与数值模拟结果进行了比较。.研究结果可为细胞水力破碎提供理论依据，也为立式液体连续相撞击流反应器的进一步优化和改进提供基础数据。.发表论文12篇，其中EI收录4篇，ISTP收录1篇。“撞击流技术及其工业化应用”获湖北省科技进步二等奖；“无旋立式循环撞击流反应器的研发及其工业化应用”获中国石油和化学工业联合会科技进步奖二等奖。申请发明专利1项。邀请了国外著名学者来讲学，增进彼此间的了解，为今后建立与国外高等学校和企业间的合作打下良好的基础。参加了国内外学术研讨会，并进行大会交流。培养液体连续相撞击流相关领域的硕士研究生4人。