能源微藻的光谱辐射特性及应用

能源微藻的光谱辐射特性参数是其藻细胞混悬液内光辐射传输定量分析及光生物反应器光场优化设计的基础物性。随着微藻细胞生长代谢过程中的生长和分裂，其光谱辐射特性也随之发生变化，这与一般粒子有显著差异，因而需对微藻细胞的生长相关或时间相关光谱辐射特性开展专门研究。本书总结了作者课题组近年来在微藻光谱辐射特性的理论模型、测量方法、实验研究及光生物反应器中光辐射场分析应用方面的工作，特别介绍了微藻细胞光谱辐射特性在线测量方法、微藻生长相关辐射特性及光谱辐射特性随生长时间变化规律等方面的成果。
本书可作为能源微藻光谱辐射特性、光生物反应器设计等相关方向的研究人员和工程技术人员的参考书，也可作为高等院校相关专业的教学参考书。

第1章 绪论
1.1 微藻的培养及光生物反应器
1.1.1 微藻细胞的形状和尺寸
1.1.2 微藻光合作用及培养
1.1.3 微藻培养的光生物反应器
1.1.4 光生物反应器内辐射传输过程
1.1.5 生长动力学与光生物反应器性能的关联
1.2 微藻光谱辐射特性
1.2.1 微藻辐射特性测量方法
1.2.2 微藻辐射特性实验研究
1.2.3 微藻辐射特性理论研究
第2章 微藻光谱辐射特性的直接测量方法
2.1 实验器皿高透材料复折射率测量
2.1.1 材料复折射率的常用测量方法
2.1.2 固体材料测量的双光程透射与椭偏联合法
2.1.3 改进双光程透射法
2.1.4 双光程透射法的多值性及解决办法
2.1.5 双光程透射与椭偏联合法的验证
2.2 光谱吸收、衰减及散射系数测量方法
2.2.1 光谱吸收系数测量
2.2.2 光谱衰减系数测量
2.3 传统测量方法应用于在线测量的问题
2.3.1 传统测量方法存在的问题
2.3.2 对传统测量方法的改进
2.4 微藻光谱辐射特性在线测量方法
2.5 散射相函数的测量方法
2.5.1 相函数测量方法
2.5.2 测量方法验证
2.5.3 微藻细胞散射相函数实验测量
2.6 微藻光谱辐射特性实验测量
2.6.1 鱼腥藻细胞稳定期光谱辐射特性
2.6.2 小球藻细胞稳定期光谱辐射特性
2.6.3 小球藻细胞生长期光谱辐射特性
2.6.4 海生微藻的光谱辐射特性
2.7 本章小结
第3章 微藻光谱辐射特性的间接测量方法
3.1 微藻混悬液中光辐射传输过程模拟
3.1.1 蒙特卡罗法
3.1.2 算法及程序验证
3.1.3 GPU并行加速比分析
3.2 光谱辐射特性测量反问题模型
3.2.1 粒子群优化算法
3.2.2 敏感性分析
3.3 微藻光谱辐射特性的反演获取
3.3.1 基于无误差模拟BSDF数据的反演
3.3.2 基于带误差BSDF模拟实验数据的反演
3.3.3 基于微藻细胞实测BSDF数据的反演
3.4 本章小结
第4章 微藻细胞的生长相关光谱辐射特性
4.1 时间相似律的基本理论
4.1.1 宏观理论模型
4.1.2 单个细胞尺度上的理论模型
4.2 绿藻纲微藻的生长相关辐射特性实验研究
4.2.1 微藻培养
4.2.2 藻液浓度及细胞粒径分布实验测量结果
4.2.3 时间相关吸收截面和散射截面实验结果
4.3 蓝藻纲微藻生长相关辐射特性实验研究
4.3.1 微藻培养
4.3.2 藻液细胞浓度生长曲线实验测量
4.3.3 时间相关吸收截面和散射截面实验结果
4.4 微藻光谱辐射特性的时间相似律
4.4.1 绿藻纲微藻光谱辐射特性的时间相似律
4.4.2 蓝藻纲微藻光谱辐射特性的时间相似律
4.5 本章小结
第5章 微藻细胞光散射特性理论模拟
5.1 粒子光散射理论介绍
5.1.1 Mueller矩阵
5.1.2 离散偶极子方法
5.2 球形微藻细胞光谱辐射特性分析
5.2.1 藻细胞形态的高斯球表征
5.2.2 小球藻光谱辐射特性分析
5.3 链状微藻细胞的辐射特性分析
5.3.1 细胞形态模型和复折射率
5.3.2 DDA方法验证
5.3.3 链状微藻细胞辐射特性
5.3.4 散射矩阵元素
5.4 胶鞘对微藻细胞光散射特性的影响
5.5 本章小结
第6章 光生物反应器时间相关辐射传输分析
6.1 光生物反应器中光生物过程基本理论
6.1.1 光生物反应器中的辐射传输
6.1.2 微藻生长动力学
6.2 生长相关辐射特性对反应器中光场和生长率的影响
6.2.1 数值模型验证
6.2.2 一维平板式光生物反应器分析
6.2.3 三维平板式光生物反应器中的光场和生长率分布
6.2.4 管状光生物反应器中的光场和生长率分布
6.3 光生物反应器尺寸对生长率的影响
6.3.1 平板式光生物反应器尺寸对生长率的影响分析
6.3.2 管状光生物反应器尺寸对生长率的影响分析
6.4 本章小结
第7章 微藻细胞生长辐射特性生长动力学模型
7.1 微藻细胞生长相关光学特性和粒径分布模型
7.2 微藻细胞生长相关辐射特性预测
7.3 基于细胞生长模型对光生物反应器中光场的预测
7.4 本章小结
第8章 微藻生产光生物燃料及光传输改进策略
8.1 微藻细胞中的光合色素
8.1.1 叶绿素和细菌叶绿素
8.1.2 类胡萝卜素
8.1.3 藻胆蛋白
8.2 微藻细胞中油脂、蛋白质和糖的光学特性
8.2.1 微藻油脂、蛋白质和碳水化合物的积累
8.2.2 微藻细胞内部成分提取方法
8.2.3 微藻内部成分的化学提取流程
8.2.4 小球藻油脂、蛋白质和碳水化合物的光学特性
8.2.5 其他典型藻种油脂、蛋白质和碳水化合物的光学特性
8.3 微藻制氢光生物学过程
8.4 本章小结
参考文献
名词索引
附录
附录1 相关程序及数据
附录2 部分彩图