太阳能微生物制氢系统的研究

【摘要】： 太阳能光合微生物制氢技术的研究对世界能源经济的发展具有重要意义,它充分利用丰富的太阳能作为能量来源,CO_2作为碳源,通过微生物的光合作用进行产氢反应。本文重点对两种微生物共同产氢的系统中光反应器内光辐射、系统产氢量以及光转化率进行研究。主要研究工作包括: (1)在辐射传递方程基础上,结合光反应器内微生物的吸收和散射试验研究结果,通过对辐射方程各项分析,建立了光反应器内部的光辐射传递方程。建立两种微生物共同产氢系统的质量方程以及光转化率方程。方程中对散射辐射的模拟采用了24个方向上离散方法,通过对试验结果,表明其模拟具有可信度。在入射边界条件上,提出了散射入射和直射入射分别考虑的方式,相对国内外已有研究报告,具有更高的模拟精度,同时可以为分析辐射传递过程和优化反应器结构提供依据。 (2)根据微生物的辐射特性,发现微生物在吸收太阳能进行产氢过程中,当辐射强度小于一定值时,微生物不能进行产氢反应。结合国外试验成果,提出这一极限值为67.0W/m~2。采用单一物种进行产氢时,对照太阳辐射沿波长方向上的分布,发现单一物种微生物不能充分利用整个波段范围内的太阳能。通过试验本文提出了采用A.variabilis和R.sphaeroides共同产氢,并对其模拟计算结果进行分析研究。 (3)分别将光强、反应器厚度、产氢量、光转化率等重要参数绘制成等值分布图和曲线分布图。根据图表分析结果表明,随着反应器厚度以及微生物浓度的增加,光辐射强度在反应器内递减,当两者增加到一定程度时,反应器内部出现暗区。分析比较单一物种与混合物种产氢模拟讨算结果,在相同总浓度和反应器厚度情况下,混合物种的产氢量高于单一物种的产氢量,最佳配比关系为X_R/X_A=4:1。 (4)在分析影响因素的基础上,改变程序中使用的参数以及边界条件进行数值模拟,比较计算结果发现适当的反应器厚度、微生物浓度和配比关系可以提高产氢量和光转化率。 【关键词】：光反应器 辐射传递方程 产氢质量 光转化率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK519
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 生物质制氢研究进展8-9
• 1.2 生物制氢途径9-12
• 1.2.1 光合微生物制氢技术9-12
• 1.3 光合产氢微生物产氢机制12-13
• 1.3.1 光合细菌12
• 1.3.2 微藻12-13
• 1.4 光反应器的研究13-16
• 1.4.1 光在微生物产氢中的作用13-14
• 1.4.2 光反应器类型研究14-16
• 1.5 光转化率16-17
• 1.6 国内发展状况17
• 1.7 本文主要工作和研究内容17-19
• 2 太阳能微生物制氢系统光传递模型19-38
• 2.1 光辐射穿透吸收、散射介质时能量的衰减19-21
• 2.1.1 光分布最简单模型:Beer-lambert方程20-21
• 2.2 辐射传递方程21-24
• 2.2.1 边界条件23-24
• 2.3 微生物和介质的辐射特性24-28
• 2.3.1 水吸收24-25
• 2.3.2 微生物的辐射特性25-28
• 2.4 产氢质量方程28-31
• 2.4.1 产氢速率30
• 2.4.2 产氢质量方程30-31
• 2.5 制氢系统的光转化率31-33
• 2.5.1 光在光合微生物制氢过程中的作用31-32
• 2.5.2 太阳能产氢光转化率32-33
• 2.6 光反应器制氢系统数值模拟求解方法与过程33-36
• 2.6.1 辐射传递方程计算方法—离散坐标法33-35
• 2.6.2 边界条件辐射方程离散35
• 2.6.3 离散产氢质量方程35-36
• 2.7 本章小结36-38
• 3 校正程序38-44
• 3.1 校正不同条件下的辐射量38-41
• 3.1.1 各向等量散射38-39
• 3.1.2 无散射，只有吸收39-40
• 3.1.3 同时存在散射和吸收40
• 3.1.4 校正直射光40-41
• 3.2 确认网格无关性41-42
• 3.3 加水吸收与忽略水吸收的比较42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 运行结果与分析44-57
• 4.1 反应器内光辐射计算结果44-49
• 4.2 光强随波长方向上的变化49
• 4.3 产氢质量方程计算结果49-53
• 4.3.1 改变反应器厚度对产氢质量的影响50-52
• 4.3.2 不同总浓度以及不同厚度的比较52-53
• 4.4 光转化率计算结果53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 结论与展望57-60
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

中小型太阳能光合生物制氢系统的分析    曾凡;张全国;赵源亮;韩滨旭;

太阳能光合生物连续制氢系统的火用分析研究    曾凡

微生物产氢机理的研究进展    刘飞;方柏山;

绿藻光合生物制氢技术进展    徐斐;何定兵;胥义;

生物制氢反应器不同发酵类型产氢能力的比较    宫曼丽;任南琪;李永峰;唐婧;

生物制氢技术的研究进展与应用前景    王继华,赵爱萍

生物制氢——能源、资源、环境与经济可持续发展策略    傅秀梅;王亚楠;王长云;鹿守本;管华诗;

光合菌生物制氢技术    王昶;贾士儒;贾庆竹;马少娜;

生物制氢技术的研究现状与发展    汤桂兰;孙振钧;

氢能源——未来的绿色能源    刘江华;

太阳能光催化分解水制氢体系能量转换效率及量子产率的实验测定与计算    张耀君;郭烈锦;延卫;赵亮;杨鸿辉;李明涛;许云波;

猪粪预处理方法对光合菌群生物产氢的影响    张全国;周汝雁;尤希凤;

冻土非稳态温度场有限元模拟分析    朱明;苏小勇;宋琼瑶;蒋跃;

日光温室采光与下挖深度优化设计    李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;

光合细菌微生物产氢研究进展    唐雅琴;黄兵;刘仪柯;

太阳热水装置(六)    刘鉴民;喜文华;魏一康;张兰英;

利用太阳能的被动蒸发冷却技术    范影;黄翔;狄育慧;

太阳能光合生物连续制氢系统的能量平衡研究    周雪花;申翔伟;李刚;荆艳艳;张全国;

间断焊温度场的红外测量与研究    曾志;王立君;王月;张涵;

畜禽粪便资源化利用技术和厌氧发酵法生物制氢    梁晶;

基于光照的日光温室总体尺寸确定方法研究    魏晓明;周长吉;曹楠;丁小明;

坦克炮管温度场的有限元计算    罗来科,宣益民,韩玉阁

基于性能化的大空间建筑钢结构防火设计    田立柱;朱国庆;张国维;

生物质能的应用及研究进展    李磊;王彬彬;

浅谈生物制氢技术    李清华;张玲;杨红艳;刘畅;

物体的毫米波/亚毫米波辐射特性分析    邢业新;娄国伟;李兴国;

通过保护渣固态渣膜的红外辐射传热研究初探    王南辉;谢兵;李刚;李玉刚;胡晓英;齐飞;刁江;邵肖静;

光照度对酶解秸秆料液光合产氢的影响    岳建芝;李刚;焦有宙;张全国;张志萍;

环流罐式光合生物反应器连续产氢研究    周汝雁;张全国;

用于光合产氢的秸秆微生物预处理技术实验研究    蒋丹萍;张全国;王毅;周雪花;赫倚风;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

全氟烷基金属酞菁衍生物的合成及应用    邱滔

活性炭及其改性催化剂应用于碘化氢分解的性能及机理研究    陈云

聚球藻7942光自养本征生长动力学及其能量利用研究    颜日明

布朗葡萄藻的培养优化与分离技术    徐玲

亚心型扁藻细胞核与叶绿体稳定转化系统的构建    崔玉琳

太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟    赵研

甘蔗压榨汁制氢系统的工程控制对策及其微生物群落研究    焦安英

毫米波/亚毫米波目标辐射特性及探测技术研究    龚冰

SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究    穆振英

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

玉米秸秆预处理及对发酵产氢效果影响研究    曾召刚

杜氏盐藻异养转化藻株的鉴定及初步功能分析    吕文兵

太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究    高兴海

丛粒藻形态多样性、遗传多样性分析与培养条件优化    王朋云

光合细菌对大水面养殖生态作用的研究    任义波

规模化养猪场粪污处理的成本与效益分析    连海明

能源微藻异养生物反应器冷模实验研究及自养—跑道池CFD模拟    孔维利

红假单胞菌产氢的应用基础研究    唐雅琴

电热连续结晶机的智能控制    张晓萍

太阳能光合生物连续制氢系统的能量平衡研究    周雪花;申翔伟;李刚;荆艳艳;张全国;

低碳经济:中国可持续发展的必由之路    陈彩棉;

表征能质的两大热力学参数——熵与(火用)的对比分析    张友利;唐前辉;

低碳经济:未来中国可持续发展之基础——兼谈中国相关法律与政策的完善    王利;

传递—热力学理论研究的新领域    成庆林;刘扬;项新耀;

利用有机物厌氧发酵生物制氢的研究进展    左宜,左剑恶,张薇

我国可再生能源战略地位和发展路线图研究    杜祥琬;黄其励;李俊峰;高虎;

热力学的基本表达式与应用    朱元海,王宝辉,项新耀

全球能源市场在经济衰退与复苏中加速结构性调整——《BP世界能源统计2010》解析    王立敏;

的普遍化表达式与各种具体形式的    薛荣书,周志明,谭世语,魏顺安

光合产氢菌群的筛选及其利用猪粪污水产氢因素的研究    尤希凤

环流罐式光合生物制氢反应器及其能量传输过程研究    周汝雁

太阳能光合细菌连续制氢试验系统研究    李刚

基于熵分析的火电厂热力系统热经济性矩阵方程    曾庆华

基于(火用)传递的电站燃煤锅炉能量转换特性研究    王炳莉

光源和光谱对光合产氢菌群产氢工艺影响研究    安静

中国资源-能源-经济-环境综合投入产出表及绿色税费核算分析    雷明

中国经济发展中的能源资源和环境制约    周凤起;

发展氢能的微生物途径及其它    罗明典

有机废水厌氧发酵产氢技术的现状与发展    洪天求,郝小龙,俞汉青

我国资源、环境特征与可持续发展战略    刘刚;焦建云;

氢能及制氢的应用技术现状及发展趋势    王艳辉,吴迪镛,迟建

面向21世纪的生物能源    杨艳,卢滇楠,李春,曹竹安

紫球藻的光生物反应器培养    王长海,欧阳藩

剩余污泥的超声破解与影响因素程度分析    王芬,季民,汪泳,张书廷

加强禽畜粪便污染防治迫在眉睫    杨朝飞

生物制氢反应系统初始容积负荷对乙醇型发酵形成的影响    宫曼丽;任南琪;邢德峰;李建政;

光合产氢菌群的筛选及其利用猪粪污水产氢因素的研究    尤希凤

美国鼓励利用太阳能    长虹

山区“太阳能油池”选址合理性的判断    吴钢玮;

瞄准中国的未来——记上海市青少年太阳能科普教育工作    祝盛明;凡哲;

江苏召开太阳能利用技术研讨会    仓金夫

太阳能利用与建筑的一体化设计    高辉,何泉

太阳能在建筑节能中的利用    李昕;

2007世界太阳能大会在京召开——专家访谈    李蔚;

用气球收集太阳能    徐娜;

什么是太阳能光热发电?    舟丹;

日光銲接——介绍TH773型太阳能焊接机    高崇杰;

浅谈太阳能利用进社区    杨兆平;

太阳能与太阳能利用(三篇)    范炳鹤;

太阳能利用及太阳能新材料发展状况    宋力昕;章俞之;

太阳能利用中的气象问题    申彦波;

扬州市太阳能利用的现状分析与展望    朱平庆;陈建国;罗永根;

当前建筑中太阳能利用的现状分析    梅留杰;何立权;

上海市太阳能利用器件与材料研究新进展    李红波;刘祯;陈鸣波;

山东力诺瑞特新能源有限公司发展报告    文哲亮;

既有住宅节能改造可行性技术研究    薛一冰;

太阳能制冷技术的应用及发展趋势    杨坚;栗志;李芷昕;

太阳能利用行业前景看好    莫及

多国专家聚会兰州探讨太阳能利用    良琼

太阳能开发“混战”正酣    本报记者 王世鹏 实习生 李爱珍

回到太阳能时代    江世亮

黑板的世界    谭儒

南京推广太阳能利用新规遇尴尬    本报记者　 薛庆元 通讯员　 任敏

京沪：太阳能多好，可物业偏不让用    张淼淼

意大利政府将出台鼓励太阳能利用措施    商子

太阳能，绿色山西的新选择    本报记者 原建猛

浙江海宁崛起太阳能产业    本报记者　 张海生

季节性蓄热太阳能—土壤耦合热泵系统运行特性及优化    王潇

太阳能高倍聚光能量传输利用理论及试验研究    韩延民

反射聚光利用太阳能的基础理论与实验研究    江守利

辐射热力学的基础理论及其应用研究    莫松平

西藏地区被动太阳能建筑采暖研究    王磊

基于可再生能源利用的农村住宅技术系统设计研究    刘文合

基于被动式设计策略的气候分区研究    夏伟

多孔太阳墙的传热与流动分析    欧阳莉

上海高层住宅外界面太阳能系统整合设计研究    史洁

槽式太阳能热发电站微观选址的方法研究    赵明智

太阳能土壤耦合热泵系统集热与蓄热分析    王京

绿色建筑太阳能利用评价的研究    苏蒙

我国华北寒冷地区建筑太阳能利用系统中存在的问题及对策研究    董文亮

重庆农村地区太阳能利用情况调查及综合效益分析    赵珊珊

太阳能矿井水源热泵复合系统分析研究    冯旭辉

严寒地区太阳能热泵供热系统设计及优化分析    于易平

太阳能—空气双热源复合热泵运行模式研究    赵晓丹

山东省促进太阳能开发利用的对策研究    黄同华

直膨式太阳能热泵热水系统性能的优化分析    李振兴

严寒地区太阳能—地源热泵集成供暖系统的应用研究    闫博佼