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能源微藻由于生长速度快和光能利用效率高,已成为CO2减排和新能源开发领域的前沿研究热点。利用微藻捕集利用燃煤电厂烟气CO2具有良好的经济效益和很强的工业应用前景,而开发高效低成本的光合反应器是微藻固碳产业发展的关键环节。本文利用CFD流体力学数值模拟、PIV流场测试系统、高速摄像系统、溶氧和pH在线测试系统等,研究了增设扰流件条件下光合反应器流场结构、气泡动态生成演变、反应器传质混合以及微藻固定燃煤烟气CO2特性。发明设计了升降滑板式扰流件强化跑道池反应器的闪光效应促进微藻生长固碳。流体力学数值模拟计算表明,当浆轮转速为30r/min时,增加扰流件使液体垂直方向流速增加了 75%,微藻闪光周期从5.1s降低了 24%达到3.9 s,扰流件产生漩涡流动使藻细胞高频闪光（周期=3s）出现的概率增加了 52%达到0.44。实验测试了升降滑板式扰流件在跑道池反应器中产生的漩涡流场,强化了微藻细胞在池底暗区和池顶光区之间上下流动的闪光效应。测试表明增设扰流件后强化流场混合使液体混合时间减少了 41%,使气液两相传质系数提高了 25%。液体上下流动速度由～0.5cm/s提高到～6.1cm/s,使藻液上下流动的光暗循环周期降低到没有扰流件时的1/12。通过强化跑道池反应器的上下闪光效应促进了微藻光合生长固碳,使微藻生物质产量提高了 32.6%。基于脉动流场开发了新型曝气器能有效减小气泡生成时间提高反应器传质系数。当曝气器中泵送水速为0.41 m/s和曝气孔径为0.3mm时,脉动流场使气泡直径和生成时间分别下降16.5%和41.8%。当跑道池中培养液平均流速为20 cm/s时,脉动流场使传质系数提高15.3%,液相混合时间减小32.3%。发明设计了中心横柱扰流件强化板式立体光合反应器内的液体水平方向闪光效应促进微藻生长固碳。流体力学数值模拟计算表明,当通气量为0.02 vvm和藻液浓度为0.85 g/L时,增设扰流件使液体水平流速增加95%,微藻颗粒的闪光周期减少17.5%,扰流条件下微藻颗粒高频闪光（周期=5～10 s）出现的概率增加了 65%达到0.43。实验测试了中心横柱扰流件和贴壁三棱柱扰流件在板式反应器内产生的漩涡流场,强化水平方向闪光效应显著提高了微藻生长固定CO2速率。当通气速率为0.06 vvm和扰流横柱直径为70 mm时,反应器液体混合时间减少21%,气液两相传质系数提高30%。液体水平流速从～0.9 cm/s提高到～3.5 cm/s,使藻液水平流动的光暗循环周期降低到没有扰流件时的1/4。通过强化水平闪光效应促进了微藻光合生长,使微藻生物质产量提高了 70%。将光合反应器流场优化技术应用于烟台10万平方米微藻固定燃煤电厂烟气CO2的产业示范工程,针对1191m2室外大型跑道池微藻生长固碳系统,测试了微藻系统固定烟气CO2在气液固三项之间的碳质量平衡规律,通过优化调控温度和光照等条件提高了微藻生长固碳速率。当日均光强从399001ux增加到883001ux时微藻生长速率增加,微藻生物质固定CO2速率由18.4g/m2/d提高至40.7g/m2/d。