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本文以甘油为底物、采用微生物歧化方法生产1,3-丙二醇的连续发酵为背景,根据发酵过程中的振荡现象与生物意义,在模型中分别引入了离散时滞和连续时滞,建立了非线性时滞微分动力系统,运用Hopf分叉理论讨论了模型的振荡行为。本课题受到国家“十五”科技攻关计划项目“发酵工程生产1,3-丙二醇”(编号为2001BA708B01-04)和国家高技术研究发展计划(863计划)“生物柴油与1,3-丙二醇的联产工艺”(编号为2007AA02Z208)的资助。此项研究为实现1,3-丙二醇的产业化生产提供理论指导,因此,该项目研究具有重要的理论意义与应用价值.本论文的主要工作如下;
1.以往的文献大多是研究单底物单产物的三维理想模型,而实际连续发酵过程中,产物不止一个.本文考虑产物乙酸和乙醇对微生物生长的抑制作用,讨论五维系统的稳定性。根据生物意义,在系统中引入离散时滞,建立了五维非线性离散时滞动力系统,以时滞为参数,讨论了时滞对系统的正平衡点渐近稳定性的影响及Hopf分叉的存在性。并且在稀释速率恒定条件下,数值模拟了分叉值和周期随进料浓度变化的曲线,以及固定某一进料浓度,模拟了分叉的周期解与相图。最后讨论了模型的过渡行为。
2.在上述五维模型中引入弱核连续时滞,以平均时滞的倒数为参数,讨论了平均时滞对系统正平衡点的局部稳定性的影响。运用Hopf分叉判据,给出了存在Hopf分叉的操作参数区域,运用MATLAB数值模拟了分叉的周期解及相图。最后讨论了模型的过渡行为。