光生物反应器作为微藻光自养培养的核心装置,对于微藻的大规模培养至关重要。敞开式跑道池作为目前微藻大规模培养中应用最广泛的一类光生物反应器,迫切需要对其结构进行优化研究,以提高其中的微藻培养效率及降低能耗。本文利用计算流体力学(CFD)技术对于跑道池中的流体混合特性及其结构进行了优化研究,并通过小球藻的光诱导和光自养培养,对模拟计算的结果进行了实验验证。主要内容和结论如下：(1)对不同弯道结构(包括导流板、导流墩、孤岛型及传统结构)、不同底面结构(水平和倾斜)、不同蹼轮个数(单蹼轮和双蹼轮)及相同面积不同长宽比的跑道池进行了模拟计算,通过对同功率条件下跑道池中流体的光照方向速度、平均速度、死区比例进行综合分析,分别确定了添加导流板、底面水平、双蹼轮及长宽比为2的跑道池是性能更佳的跑道池结构。(2)为了提高跑道池中流体在光照方向的速度,设计了置于跑道池中的斜挡板结构,并与导流板相结合,应用到20m2跑道池中。CFD模拟计算结果表明该结构可以明显地提高跑道池中流体在光照方向的速度,从而提高跑道池的性能。在此基础上,对斜挡板的结构尺寸进行了优化,并将优化后的斜挡板结构应用到80m2和1.67m2两种规模的跑道池中,计算结果表明两种规模跑道池中流体在光照方向的速度均得到了显著提高。(3)采用小球藻的光诱导或光自养培养模式,对部分不同结构跑道池的性能进行了实验验证,包括添加导流墩、导流板及斜挡板结构的跑道池。小球藻培养结果均与模拟分析结果一致,这进一步证明了CFD模拟计算及所选分析参数的适用性及可靠性。