“雙碳”背景下，微藻憑借高效固碳能力成為解決碳排放的重要方向，但傳統(tǒng)光生物反應器因傳質(zhì)效率低、光場適應性差等問題，難以實現(xiàn)微藻大規(guī)模培養(yǎng)，限制了生物降碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本項目圍繞光生物反應器多物理場耦合建模仿真，建立數(shù)字孿生模型，得到反應器內(nèi)流場、光場、離散相分布情況，并總結(jié)提煉出具有創(chuàng)新性的新型光生物反應器設計原理，并基于數(shù)字模型優(yōu)化設計參數(shù)得到新型光生物反應器，改進反應器性能與能耗指標，提升微藻培養(yǎng)效率。

項目的總體目標是開發(fā)新型光生物反應器，提升微藻培養(yǎng)效率。

1.         開展反應器多物理場建模及數(shù)字孿生模型構(gòu)建。建立ANSYS FLUENT和LightTools的反應器流場、光場和離散相耦合模型，深入理解反應器內(nèi)部的動態(tài)行為

2.         從流場和光場角度對反應器內(nèi)各個裝置如導流結(jié)構(gòu)、曝氣結(jié)構(gòu)、光纖結(jié)構(gòu)等進行設計，解決傳統(tǒng)設計中的性能瓶頸

3.         基于數(shù)字模型優(yōu)化各裝置設計參數(shù)，不斷改進反應器的性能與能耗指標，確保達到實際應用的技術(shù)要求。

本項目成功建立了光生物反應器多物理場耦合數(shù)字模型，并根據(jù)提煉出的光生物反應器設計原理對多項反應器裝置進行參數(shù)優(yōu)化，得到完整的新型光生物反應器優(yōu)化方案，預計可節(jié)省約20%光能消耗，并制作了相應的反應器樣機以驗證各項性能指標。

項目進行期間申請國家發(fā)明專利1項。