基于水力空化微藻细胞破壁装置设计与CFD数值模拟

摘要

微藻类生物柴油成为解决能源危机的可靠方式，细胞破壁和油脂的绿色高效提取是制约微藻生物柴油发展的关键技术瓶颈。机械法中的水力空化法由于能耗最小成为更节能有效的破壁技术。空化现象的产生机理是流体经过限流区域时,压力下降,当流体压力低于饱和蒸汽压时,流体出现溶解的气体释放和溃灭,进而引起水力空化.在此条件下,流体中的微藻细胞结构会被破坏,从而实现破壁.本文利用FLUENT6.3软件对多孔板水力空化细胞破壁装置进行数值模拟和分析,优化孔数、布局和厚度等设计参数,得出如下结论:孔板外径80mm,孔板前端距离入口40mm,孔板末端距离出口160mm,孔洞孔径4mm,孔厚9mm,孔数19个,孔洞分布为圆形交错时的空化效果最优.采用该参数的多孔板水力空化装置,流体在近壁面处汽含率可达到0.99甚至可能接近完全汽化,较高汽含率值具有一定的分布范围,可将微藻细胞破壁较充分.