光生物反应器系统设计与优化软件及其应用

时间：2019-05-08作者：Algae【原创】

微藻养殖过程中，无论是在室内培养，还是户外，除了保证藻种活性，使用优化培养基及对过程参数进行有效地控制外，最主要的就是对光照环境及光反应器内混合条件进行控制。光生物反应器则是微藻培养的核心装置，本文浅谈目前在微藻养殖系统及光生物反应器设计与优化过程中使用的三种软件，其分别是Ecotect,CFD及Matlab。

一、Ecotect

Ecotect是Autodesk公司研发的一款全面分析建筑热环境、光环境、声环境，以及经济环境影响、造价分析、气象数据等重要建筑环境的计算与模拟分析软件，主要应用领域：建筑设计、城市规划设计、建筑环境等专业设计与教学、绿色建筑研究等。

在光生物反应器系统设计方面，主要应用于户外规模化光生物反应器群的设计与优化，通过软件中的日照分析功能，对光生物反应器群的光影变化情况，遮挡情况，以及评价太阳辐射和累计太阳辐射等分析，对户外光生物反应器之间的间距，高度，摆置方向进行系统优化，从而获得最佳的光生物反应器布局。

案例：户外规模化平板式光生物反应器的设计与优化

户外平板式光生物反应器不同某天不同时间点的遮挡情况分析

平板式光生物反应器光照面的太阳辐射（光强）分析

通过对不同间距平板式光生物反应器阴影遮挡情况及光照面受到光强分析，确定较佳的布局间距或不同季节的不同间距。

二、CFD

CFD(ComputationalFluidDynamics），即计算流体动力学，是一门具有强大生命力的交叉科学，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题，广泛应用于化工，航天，电子，生物等各个行业。CFD软件主要有CFX，FLUENT,STAR-CD等等。

在微藻光生物反应器方面，主要对光反应器内的混合及藻细胞的运动轨迹进行计算和模拟，从而根据藻种特性，通过反应器结构设计和通气或搅拌参数的控制建立最适合特定藻种培养的流场环境。

案例1：管式光生物反应器弯头的设计

通过对不同弯头角度的设计以获得压降最低，死区比例最小的弯头尺寸。

案例2：管式光生物反应器中混合器的设计

比较不同的混合器结合，确定产生最佳藻细胞光暗循环的结构。

三、Matlab软件

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。

在微藻培养及光生物反应器方面，主要用于藻细胞培养过程的模型化，这是开展微藻培养工艺优化和产量预测的重要技术手段。利用Matlab可以建立光生物反应器内的光强分布，藻细胞生长动力学模拟及工艺优化设计。

案例1：不同地点和不同藻种年均产量的预测。

养藻不难，养好藻不易！