| 摘要 | 第5-6页 |
| abstract | 第6页 |
| 第1章 前言 | 第10-26页 |
| 1.1 研究背景 | 第10页 |
| 1.2 生物过程放大研究的实验及数值模拟方法概述 | 第10-14页 |
| 1.2.1 用于过程优化与放大的Scale-down实验方法概述 | 第11-13页 |
| 1.2.2 用于研究非均匀流场下生物反应过程的数值模拟方法概述 | 第13-14页 |
| 1.3 用于描述细胞动力学的数学模型 | 第14-16页 |
| 1.3.1 非分类非结构化模型(unsegregated unstructured model) | 第14-15页 |
| 1.3.2 分类的非结构化模型(segregated unstructured model) | 第15页 |
| 1.3.3 非分类的结构化模型(unsegregated structured model) | 第15-16页 |
| 1.3.4 分类的结构化模型(segregated structured model) | 第16页 |
| 1.4 用来描述反应器内部流场的数学模型 | 第16-18页 |
| 1.4.1 理想反应器模型(ideal reactor model) | 第17页 |
| 1.4.2 分室模型(compartment model) | 第17-18页 |
| 1.4.3 随机方法(stochastic approach) | 第18页 |
| 1.5 生物模型与流场模型结合研究 | 第18-21页 |
| 1.5.1 欧拉-欧拉(Euler-Euler)方法 | 第18-20页 |
| 1.5.2 欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)方法 | 第20-21页 |
| 1.6 计算流体力学基本原理与OpenFOAM开源软件平台 | 第21-24页 |
| 1.6.1 基础理论方程 | 第21-22页 |
| 1.6.2 CFD方法求解过程概述 | 第22-23页 |
| 1.6.3 CFD对大型搅拌式生物反应器模拟 | 第23-24页 |
| 1.6.4 OpenFOAM开源软件平台 | 第24页 |
| 1.7 研究目标和内容 | 第24-26页 |
| 第2章 基于商业软件与OpenFOAM的反应器流场模拟与重构 | 第26-37页 |
| 2.1 基于CFX的反应器流场模拟 | 第26-30页 |
| 2.1.1 几何体和网格绘制 | 第26-28页 |
| 2.1.2 模拟参数确定 | 第28-29页 |
| 2.1.3 模拟结果验证 | 第29-30页 |
| 2.2 CFD软件求解结果在不同类型软件中传递 | 第30-32页 |
| 2.3 流场结果转换到OpenFOAM中面通量的重构 | 第32-34页 |
| 2.3.1 通过插值获得面通量 | 第33页 |
| 2.3.2 通过Matlab求解获得面通量 | 第33-34页 |
| 2.3.3 通过求解器求解获得面通量 | 第34页 |
| 2.4 湍流参数处理 | 第34-36页 |
| 2.5 小结 | 第36-37页 |
| 第3章 基于OpenFOAM的细胞反应动力学模型及与流场模型的整合 | 第37-51页 |
| 3.1 研究平台及工具 | 第37-38页 |
| 3.1.1 Linux系统 | 第37页 |
| 3.1.2 OpenFOAM软件 | 第37-38页 |
| 3.2 描述细胞反应历程的Lagrangian方法程序实现概述 | 第38-40页 |
| 3.3 OpenFOAM中相关功能实现 | 第40-45页 |
| 3.3.1 胞内信息的存储与处理方法 | 第41-42页 |
| 3.3.2 胞内外信息交换相关算法实现 | 第42-44页 |
| 3.3.3 胞内反应动力学的实现及动态模拟 | 第44-45页 |
| 3.4 流场与细胞生物反应耦合模拟实现的关键技术难点 | 第45-49页 |
| 3.4.1 模拟程序的并行实现 | 第45-46页 |
| 3.4.2 粒子与反应器壁面碰撞简化处理 | 第46-49页 |
| 3.5 细胞反应动力学与OpenFOAM系统耦合求解的编译实现 | 第49页 |
| 3.6 模拟结果的后处理 | 第49-50页 |
| 3.7 小结 | 第50-51页 |
| 第4章 地衣芽孢杆菌放大过程中乙酸产率变化模拟 | 第51-62页 |
| 4.1 引言 | 第51-53页 |
| 4.1.1 生物反应动力学模型描述 | 第51-53页 |
| 4.1.2 改进后生物模型描述 | 第53页 |
| 4.2 模型构建与模拟方法 | 第53-55页 |
| 4.2.1 几何体构建及网格绘制 | 第53-54页 |
| 4.2.2 速度场计算并导入OpenFOAM | 第54-55页 |
| 4.2.3 生物模型整合 | 第55页 |
| 4.3 结果分析 | 第55-61页 |
| 4.3.1 批发酵模拟结果 | 第55-56页 |
| 4.3.2 批发酵模拟结果和补料分批发酵模拟结果对比 | 第56-58页 |
| 4.3.3 30L反应器中均—环境和非均—环境模拟结果对比 | 第58-59页 |
| 4.3.4 进后生物模型模拟均—环境和非均—环境模拟结果对比 | 第59-61页 |
| 4.4 小结 | 第61-62页 |
| 第5章 结论与展望 | 第62-64页 |
| 5.1 结论 | 第62页 |
| 5.2 展望 | 第62-64页 |
| 参考文献 | 第64-68页 |
| 致谢 | 第68-69页 |
| 附录 | 第69-78页 |
