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管道式光生物反应器作为目前能源微藻大规模培养中应用最广泛的一类光生物反应器,迫切需要对其进行结构优化以提高微藻的混合效果和受光特性。本文对一种新型管道式光生物反应器进行了系统研究,开展了PIV流场测试、CFD模拟、内部静态混合器优化以及管道式光生物反应器中藻细胞受光特性分析等研究。首先,采用粒子图像测速技术(PIV)和CFD数值模拟方法,分别对有新型静态混合器与不含静态混合器的两种管道式光生物反应器的流场进行测量,得出新型静态混合器能显著增强管内流体的混合。将PIV测试结果与CFD模拟结果进行对比,显示基于标准κ-ε模型的数值计算方法能很好应用于管道式光生物反应器的流场模拟,验证了CFD数值模拟的适用性及可靠性。其次,运用计算流体力学方法(CFD)对管道式光生物反应器中多种静态混合器的混合特性进行模拟和计算,优选出了具有最佳混合效果的新型静态混合器。接下来以平均光照方向速度(Uy)、湍动能(TKE)、压强损失和平均流体剪切力等混合特性参数对新型静态混合器的结构进行了模拟优化,得到最优化的新型静态混合器结构参数为：静态混合器两叶片交叉角度α=90°,相邻静态混合器的间距s=80 mm,静态混合器开孔率为16%以及开孔半径ro=2 mm。最后,结合粒子追踪模型和光衰减模型,通过模拟藻细胞在管道式光生物反应器中的运动轨迹,进而对藻细胞在管道式光生物反应器中的受光特性进行分析。结果显示,添加新型静态混合器后,在0.3 m/s和0.4 m/s两种进口流速下,藻细胞光暗交替频率分别增加了85.21%和95.77%,证明了新型静态混合器能够促进藻细胞在光区和暗区之间的交替循环,增强藻细胞“闪光效应”的实现。