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Application of a chaos mixing Taylor vortex flow for the two phase flow in bioreactors, and the flow analysis for approaching the blood filtration

混沌混合泰勒涡流在生物反应器中两相流的应用及接近血液过滤的流动分析

基本信息

批准号：
19560156
负责人：
KAWAI Hideki
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Muroran Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

固液混相流や固気混相流における最適な攪拌・混合法を見つけることは, 化学装置やバイオリアクタ, あるいは鉄鋼炉の設計等において重要な指針を与える. 本研究では攪拌混合が比較的緩やかなTaylor vortex flow(TVF)に注目し, 微生物などの増殖率の増加効果や濾過装置への応用を視野に入れた流れの解析に主眼をおいた. TVFは単純な装置であり, 乱流へも段階的に遷移する(スペクトル遷移)ため, カオス混合など, せん断力に弱い微生物や細胞の効果的な混合法の開発に大きく発展すると思われるが, 未解明な点も多い.本研究では, アスペクト比が小さく(Γ=3), 上下境界端効果を有するTVFを用いて, その固液混合特性を可視化法, 並びに超音波流速分布計測法を用いて解析した. この結果, 渦モードによってカオス混合への遷移状況が大きく異なり, 渦自身が自励振動する場合や, 渦と渦の界面が振動する場合など, そのメカニズムが大きく異なることが明らかになった.また, このTVF装置を利用した光合成微生物増殖用バイオリアクタを試作し, 培養実験を行った. 光合成微生物が強いせん断流れによって破壊された場合の定量的な検出法を開発し, これを用いてTVFの効果を調べたところ, Re=30,000までの速い流れでも微生物は破壊されることなく順調に増殖した. ただし, Re>60,000では細胞破壊が検出される場合が観察され, 不安定な挙動を示した.

Solid-liquid mixed-phase flow, solid-liquid mixed-phase flow, optimal stirring and mixing method, chemical equipment, The design of steel furnaces is an important indicator of the design of steel furnaces. In this study, Taylor vortex flow (TVF), which is relatively slow in stirring and mixing, is of particular concern. The microbial growth rate and the increase effect of the filtration device are used. The field of view is entered and the stream is analyzed. The main eye of the TVF is the pure device. The turbulent flow of the stage of the migration of the turbulence (the migration of the turbulent flow), カオスmixなど, せんbreaks the force and weakens the effect of microorganisms and cells. The unexplained point is too much. This study is based on the method of visualizing the solid-liquid mixing characteristics of the upper and lower boundary end effects using the TVF method. The ultrasonic flow velocity distribution measurement method is used to analyze the results of the ultrasonic flow distribution measurement method. When the vortex itself vibrates in a self-excited manner, whirlpool interface がvibration する occasion など, そのメカニズムが大きくdifferent なることが明らかになった.また, The TVF device was trial-produced using the photo-synthetic microorganism propagation system, and the culture was carried out. Photosynthetic microorganisms are used to cut off the flow and break the flow in a quantitative manner. Re=30,000までのspeedい流れでもmicroorganismは波壊されることなく顺动に Increase the reproductionした.ただし, Re>60,000では Cells are broken and the cells are destroyed and the situation is checked and the cells are broken and the cells are unstable.