利用微藻技术将固定碳氮、废水处理等环境保护措施与生产氢气、甲烷、柴油等生物能源相结合,已被多国政府认为是应对环境与能源危机的可行方式。在微藻技术发展中,研发高密度、低成本、易放大的微藻养殖设备——光生物反应器(PBR)是其中的重要一环,管式光生物反应器(TPBR)在这方面的优点已被广泛认可,但TPBR也存在着混合效果不好、微藻细胞易沉积、光抑制作用大等缺陷。因此,优化TPBR的结构、改善流体的流动特性、促进混合效果、提高光利用率对于提高TPBR养殖效果具有重要意义。本文对微藻技术原理、PBR的种类和结构以及影响微藻养殖的物理因素进行了较为详细的介绍,阐述了内置无源驱动螺旋转子TPBR的工作原理,应用可视化实验与CFD方法,着重分析了内置螺旋转子TPBR的速度场量、气液两相周向速度分量、旋流数、粒子运动轨迹和最大剪切力等流动特性参数,结果表明螺旋转子在促进TPBR的混合、提高光利用率等方面具有明显的作用。本文研究了转子导程、流体流速分别对内置两叶片型螺旋转子TPBR的流动特性的影响。结果显示,转子导程与液相入口流速对流动特性有不可忽视的影响,转子导程越小,螺旋转子发挥的作用越大,但剪切力也越高;因此,200mm导程的螺旋转子对养殖微藻更有优势。液相入口流速越高,转子越能促进混合及提高细胞的光暗循环频率,但剪切力也越高;所以,应优先选择大于0.3m/s小于0.6m/s的液速。气相入口流速的增加可以提高气含率,但对促进混合作用不明显。本文分析了 TPBR中的U形管部分在螺旋转子扰流作用下的流动特性,研究表明,流体经过螺旋转子时产生的旋流在到达U形管处时仍然存在,U形管的弯曲结构也可以使流体产生局部的旋流;对于内径为24mm的U型管,局部剪切力随着弯曲直径的增大具有先增大后减小的趋势。