题目：微藻光生物反应器液流动态行为的模拟与优化研究

随着石油资源日益紧缺，寻找替代能源成为关注热点。生物柴油由于具有对环境污染小等优点受到人们重视，其主要来源之一是油脂含量很高的微藻。光生物反应器作为微藻培养的核心装置，是微藻生物技术能否产业化的关键之一。随着微藻生物质燃料研究的兴起，对大规模、低成本、高效率的光生物反应器的需求越来越迫切。

本研究采用计算流体力学（CFD）数值计算与微藻热模培养实验相结合的方式，研究反应器内结构参数与液流流动参数之间的关系。以此为基础软件实现光生物反应器流场辅助设计系统，便于进一步理论研究。本文主要包括以下内容：

第一，建立封闭式光生物反应器CFD模型。根据计算流体力学相关知识，结合反应器内部结构参数及气液混合情况，建立封闭式光生物反应器的CFD模型。数值仿真过程包括:几何建模及网格的划分，选择湍流模型和多相流模型，设置初始条件和边界条件。

第二，基于CFD的内置直角三角形扰流件反应器内部结构参数的优化。选择倾斜角、扰流件间隔、扰流件高与液厚的比值、入水口流速作为优化对象。在优化过程中采用控制变量法，针对不同结构参数计算模拟反应器内藻液流动特性，确定评价参数，优化内置直角三角形的光生物反应器。

第三，基于CFD的内置四边形扰流件反应器内部结构参数的优化。基于前述研究工作所确定的藻液流动特性评价参数，采用控制变量法，优化四边形扰流件结构参数。分析内容二、三的仿真结果，分析三角形扰流件与四边形扰流件的优缺点，为后续深入研究奠定良好基础。进而选择特征参数值建造光生物反应器培养微藻，验证仿真计算结果的可靠性与优化结果的有效性。

第四，搭建光生物反应器流场辅助设计系统，简化研究流程。具体包括层流辅助设计子系统、可视化动态演示子系统、湍流辅助设计子系统、湍流频谱分析子系统。利用频谱分析的方法，可分析得到特定反应器内扰流件数目、入水口流量与频率的对应关系。