液體連續相撞擊流的剪下力場及其細胞破碎機理的研究

《液體連續相撞擊流的剪下力場及其細胞破碎機理的研究》是依託武漢工程大學，由郭嘉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：液體連續相撞擊流的剪下力場及其細胞破碎機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭嘉
• 依託單位：武漢工程大學

項目摘要

項目組前期研究發現，液體連續相撞擊流（LIS）具有促進微觀混合和壓力波動強等特點，主要源於相向撞擊流微團間強烈的相互碰撞、擠壓和剪下。LIS的剪下力和對介質顆粒的曳力是極具套用價值的特性，細胞水力破碎就是其潛在的套用領域。細胞破碎是生物質深加工及中草藥有效成分提取的重要步驟之一，在水處理過程中（如循環冷卻水滅藻、自來水殺菌）也廣泛套用。利用LIS的上述特性可望為細胞水力破碎提供一種新途徑及理論依據。.作為研發細胞水力破碎技術的基礎性工作，本項目將系統研究LIS中剪下力場及其與主要操作參數間關係，撞擊區中介質顆粒速度、速度分布及其與操作參數間關係，剪下力場和曳力強度與細胞特性（細胞種類、尺寸、細胞壁厚度等）關聯以及細胞破碎動力學，並進行液體連續相撞擊流流場數學模擬。通過拍攝細胞在撞擊流流場和介質作用下的發生形變直至破碎的過程，結合不同細胞壁的構造模型，探索細胞水力破碎的機理。

結題摘要

在調研了藻類植物、病原微生物、酵母菌等基礎上，利用液體連續相撞擊流（LIS）具有促進微觀混合和壓力波動強的特點，主要源於相向撞擊流微團間強烈的相互碰撞、擠壓和剪下。開展了液體連續相撞擊流的剪下力場及其細胞破碎機理的研究。 作為研發細胞水力破碎技術的基礎性工作，系統研究 LIS 中剪下力場及其與主要操作參數間關係，撞擊區中介質顆粒速度、速度分布及其與操作參數間關係，剪下力場和曳力強度與細胞特性關聯以及細胞破碎動力學，主要針對酵母菌和病原微生物探討了轉速、撞擊時間、介質量與破碎率的關係。 利用FLUENT軟體對立式液體連續相撞擊流反應器進行三維流場的數值模擬，揭示其流體的運動規律，並對其壓力場和速度場進行了分析。槳葉的傾角及其布置形式進行了探討。 建立了雙光源PIV流場測量系統，將液體連續相撞擊流流場的具體情景記錄在高速CCD相機內，通過高性能計算機對其結果進行分析，並與數值模擬結果進行了比較。 研究結果可為細胞水力破碎提供理論依據，也為立式液體連續相撞擊流反應器的進一步最佳化和改進提供基礎數據。 發表論文12篇，其中EI收錄4篇，ISTP收錄1篇。“撞擊流技術及其工業化套用”獲湖北省科技進步二等獎；“無旋立式循環撞擊流反應器的研發及其工業化套用”獲中國石油和化學工業聯合會科技進步獎二等獎。申請發明專利1項。邀請了國外著名學者來講學，增進彼此間的了解，為今後建立與國外高等學校和企業間的合作打下良好的基礎。參加了國內外學術研討會，並進行大會交流。培養液體連續相撞擊流相關領域的碩士研究生4人。