在泡柱生物反应器中切割率分布的CFD建模:泡直径和升力力的影响

科学领域:

• 生物技术是生物技术.
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.
• 流体动力学 流体动力学

背景情况:

• 剪切速率 (γ̇) 对于生物反应器性能评估至关重要.
• 平均剪切率 (平均剪切率) 传统上用于比较生物反应器设计.
• 微生物形态和生存能力受到剪切环境的影响.

研究的目的:

• 为了研究提升力对气泡柱生物反应堆最大 (γ̇ max) 和平均 (γ̇ a v) 剪切速率的影响.
• 为了评估气泡直径变化的影响切割速率,当考虑提升力时.
• 为生物反应器性能比较提出一个改进的指标.

主要方法:

• 利用计算流体动力学 (CFD) 采用双流体欧利尔模型进行气液多相模拟.
• 模拟了一系列特定的空气流速 (1-5vm) 和不同的平均气泡直径.
• 分析了局部速度梯度及其对剪切速率的影响.

主要成果:

• 提升力显著放大了气泡直径对局部速度梯度的影响.
• 剪切速率 (${\mathrm{\gamma ̇}}_{\max }$ 和 ${\mathrm{\gamma ̇}}_{av})\; 在包括提升力时,受到泡直径变化的显著影响.$
• 最大切割速率 (max) 显示了对这些变化的更大的敏感性.

结论:

• 最大切割速率 (${\mathrm{\gamma ̇}}_{\max }$) 可能是一个比平均切割速率 (${\mathrm{\gamma ̇}}_{av}$) 更有效的指标来比较生物反应器的性能.
• 将提升力纳入CFD模拟中,可以更准确地评估剪切环境.
• 这些发现为优化生物技术系统设计提供了一个框架.