姚晨明， 石秀东， 彭晶鑫

(1.江南大学 机械工程学院， 江苏 无锡 214122；2.江南大学 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室， 江苏 无锡 214122)

在气液搅拌釜内，流体动力学环境主要由通气条件、搅拌转速和湍流组成[1]。通过搅拌输入机械能，让整个发酵过程获得持续稳定的流场、动量、能量及物质传递，从而使相关生物化学反应稳定地进行，达到预期的发酵效果[2]。合理的搅拌釜结构设计能够在发酵过程中为目标产物生产菌种提供一个有利于其生长繁殖的流体动力学环境。在对搅拌釜进行设计的初期，往往都是结合经验关联式通过试验的方式进行，这样的方式存在研发成本高、研发周期长等问题[3]。因而，CFD数值仿真技术已经成为生物反应器研究中减少研发时间和成本、进行反应器优化及放大设计的重要手段[4-5]。

谢明辉等[6]在不同溶液中通过CFD数值仿真技术与实验流体力学相结合的方式进行气液两相流研究。研究发现气液传质性能依赖于桨型结构形式，不同桨型结构产生不同的流场。桨型结构与物性一起决定了气泡的动力学和传质性能。曹毅等[7]对实验室用搅拌釜进行气液两相流数值模拟研究，发现单桨叶搅拌釜提供的流场环境难以满足聚赖氨酸微生物发酵的需要,于是采用增加桨叶数目和桨叶类型对此问题进行了优化。Wang等[8]对不同工况下多相系统的重要水动力参数，如体积平均总气持率和时间平均局部气持率、轴向液速等进行了详细的模拟和分析，进一步预测了气泡的尺寸分布，揭示了气相的独特性质。……