En la actualidad, el cultivo de microalgas a gran escala y de alta eficiencia es la clave para hacer realidad la tecnología de captura y almacenamiento de carbono (CAC) y la recuperación de recursos biológicos. Mientras tanto, los fotobiorreactores tubulares (PBR) tienen un gran potencial para el cultivo de microalgas debido a su alta productividad. Para mejorar el rendimiento de la mezcla y el efecto de la luz intermitente, se desarrolló un novedoso PBR tubular con el tubo interior tangencial al tubo exterior, cuyos poros de aireación radial están situados a lo largo del tubo interior. La dirección de la aireación, la tasa de aireación, el período del ciclo de luz/oscuridad (L/D), la relación luz-tiempo, la energía cinética turbulenta media (TKE) y el grado de sinergia entre la velocidad y la dirección del campo de luz en el PBR se optimizaron mediante una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) y la teoría de la sinergia del campo. Los resultados muestran que una dirección de aireación descendente de 30° y una velocidad de aireación de 0,7 vvm son las más propicias para reducir la zona muerta y mejorar la frecuencia del ciclo luz/oscuridad. En comparación con la RBP de doble tubo concéntrico, la frecuencia del ciclo de luz/oscuridad y el tiempo de luz de la RBP de doble tubo tangente aumentaron en un 78,2
y 36,2% a 1,8 Hz y 47,8%, respectivamente, y la TKE aumentó en un 48,1 de 54 a 80 cm2-s-2. Mientras tanto, la teoría de la sinergia de campo puede ampliarse y aplicarse al diseño de los PBR tubulares de microalgas, y la sinergia media de los gradientes de luz y velocidad a través de la sección transversal aumentó en un 38% hasta 0,69. La estructura de aireación del tubo interior tangencial generó vórtices verticales simétricos entre las zonas claras y oscuras del PBR, lo que mejoró significativamente el rendimiento de la mezcla y el efecto de luz intermitente. Este novedoso diseño puede proporcionar un microambiente más adecuado para el cultivo de microalgas y es prometedor para aplicaciones de recuperación de recursos biológicos y para mejorar el rendimiento de las microalgas.
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