螺旋藻流体圆管流动速度与温度场分布研究.pdfVIP

中圉丁：程热物理年会 传热传质学 学术会议论文 编寸：073396 螺旋藻流体圆管流动速度与温度场分布 吴良柏，李震，宋耀祖 清华人学航天航窄学院，传热‘j能源利用北京市重点实验室，北京100084 摘要：螺旋藻具有蔼养：E富，光合作用强，繁巯快，净化窄气等特点。利用螺旋藻，可以将光能转 化为薷养物质并储存于植物体中，供人类食用或者直接利用=}C化学能。螺旋藻是一种存医学、生物、 化T、航天等领域台重要的应用前景的微藻。螺旋藻的生艮环境控制是影响螺旋藻生速度及营养 构成的关键防f素，If|J从流动和传热角度研究螺旋藻流体的特·陆足控制螺旋藻生K环境的有效手段。 本文建叛』，螺旋藻流体的流动‘j传热模型，通过改变其流动及传热状况米控制螺旋藻的光合速率和 ‘ 生长速度，为螺旋藻大规模生产以及在航天领域的第三代环控生保系统中的成用打下基础。 关键词：螺旋藻流动与传热第三代环控生保系统 1引言 ‘ 螺旋藻是一类低等植物，属丁蓝藻门，颤藻科，呈不分枝的丝状。它们与细菌一 样，细胞内没有真正的细胞核，所以义称蓝细菌。螺旋藻具有光合效率高、生繁殖 快、适应环境能力强等优点，因而可以进行大规模培养。 螺旋藻蛋白质含量丰富，高达60一70％，含有丰寓的B胡萝卜素、维生素等多种生 命活性物质。研究表明螺旋藻具有抗癌”!，减轻药物对肾脏的毒性㈦l的功能，在降低胆 矧醇和血脂，养胃护胃，治疗贫血．及微量元素缺乏，增进免疫，调整代谢机能等方面 都有积极作用，被联合国粮农组织和联合国世界食品协会推荐为“二十一世纪最理想 的食品之一”。在第三代环控生保系统中，螺旋藻可以利用通过微生物降解的废物为宁 航员通过食物!“。 目前，已有相关文献从温度、光照强度、光暗比、培养基PH值、细胞密度等因素 对螺旋藻生长的影响进行了研究4“。然而，以上对螺旋藻的研究，很多主要着眼丁_其 经济价值，以及从生物学角度研究其生氏规律，其中虽然涉及了螺旋藻对生长环境的 要求，但是没有针对螺旋藻流体的流动与热特性进行研究。本文通过建立螺旋藻流体 的流动与传热模型，提出更好地控制螺旋藻生I==环境的方法，以满足螺旋藻生K繁殖 的需求，从而提高螺旋藻的光合速率和生氏速度。 2物理数学模型 螺旋藻流体在如图l所的圆管内作充分发展定常层流流动。倒管水平设置，质量 力不计，管道很K，圆管内径为R，圆管研究长度为三，圆管内壁温度为r．，螺旋藻 an 流体流动均匀，流速为y，压力梯度为≥是常餐，导热系数为兄，流量恒定，温度 舀z 场沿轴向均匀分布，流体的物性为常数。 在柱坐标系中，螺旋藻流体沿轴向(z方向)的运动方程可表示为： 2205 l at ar r 89 r 8e ar、“’ r a8 p8z＼r az＼‘‘ 式中f为螺旋藻流体沿z方向所受的质量力，在此，其值为零。 ▲ x l 2 Z ／7 ／ N-。 图1螺旋藻流体在圆管内流动示意图 照旋藻流体的能量方程可表示为： 鳓c鲁栅，器+警等+％豢，=卜警+‰吉(等+¨]+毛警]