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数学 > 数值分析

arXiv:2108.10009 (math)
[提交于 2021年8月23日 ]

标题: 微藻在光生物反应器中生产的最佳光学条件

标题: Optimal optical conditions for Microalgal production in photobioreactors

Authors:Olivier Bernard (BIOCORE, LOV), Liu-Di Lu (BIOCORE, ANGE)
摘要: 微藻在工业应用中的潜力促使了它们的快速发展。 它们的生长动力学取决于必须优化的不同因素。 由于它们从光合作用中获取能量,光是一个关键因素,强烈影响它们的生产力。 光在液体介质中被吸收和散射,辐射强度以非线性方式依赖于生物量浓度,呈指数下降至光生物反应器最暗的部分。 因此,最大化生产力是一个复杂的问题,尤其是在生长速率受到过量光抑制的情况下。 生产力的优化高度依赖于反应器中光的分布情况,因此与消光率和背景浊度有关。 为了考虑背景浊度的系统,引入了光学深度生产力的概念,并提出了一种全局最优条件来最大化生产力,扩展了补偿条件的概念。 这种最优条件包括通过呼吸作用补偿反应器底部的藻类生长速率。 该条件可以根据可达到的最小深度驱动表面生物量生产力的优化。 我们开发了一个非线性控制器,并证明了生物量浓度向期望最优值的全局渐近稳定性。
摘要: The potential of industrial applications for microalgae has motivated their recent fast development. Their growth dynamics depends on different factors that must be optimized. Since they get their energy from photosynthesis, light is a key factor that strongly influences their productivity. Light is absorbed and scattered in the liquid medium, and irradiance exponentially decreases towards the darkest part of the photobioreactor at a rate nonlinearly depending on the biomass concentration. Maximizing productivity is then a tricky problem, especially when the growth rate is inhibited by an excess of light. Productivity optimization turns out to be highly dependent on how light is distributed along the reactor, and is therefore related to the extinction rate and the background turbidity. The concept of optical depth productivity is introduced for systems where background turbidity must be accounted for and a global optimum maximizing productivity is proposed, extending the concept of the compensation condition. This optimal condition consists in compensating the algal growth rate at the bottom of the reactor by the respiration. This condition can drive the optimization of the surface biomass productivity depending on the minimum reachable depth. We develop a nonlinear controller and prove the global asymptotic stability of the biomass concentration towards the desired optimal value.
主题: 数值分析 (math.NA) ; 优化与控制 (math.OC)
引用方式: arXiv:2108.10009 [math.NA]
  (或者 arXiv:2108.10009v1 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2108.10009
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Liu-Di Lu [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2021 年 8 月 23 日 08:37:16 UTC (1,713 KB)
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