Open raceway pond (RWP) is the most common cultivation system for the mass production of microalgae. The algal productivity in the RWP depend on the light intensity. In the RWP, the region near the surface is light zone and the region near the bottom is dark zone. The microalgal cells that remain in the dark region cannot receive sufficient light to grow. This thesis aims to improve vertical mixing so that microalgae can move into the light regions. To enhance mixing efficiency, various designs of internal structure were installed to improve vertical mixing and the fluid flow was compared by experiments and CFD simulations. First, we adopted a suitable structure to decrease of algal settling. The fluid velocity near the bottom increased more than twice compared with inlet velocity. By experiment for microalgae settlement, it was confirmed that less settling occurred in the RWP with the structure than the conventional RWP. Second, another design was proposed to prevent settling and enhance vertical flow. The size and gap of the structure were changed and the flow velocity and vertical velocity increased as the size increased and the gap decreased. Several sets of the largest structures with the small gap were installed along the RWP. As a result, regular vertical flow occurred and average vertical velocity increased by 29 % as compared to the conventional RWP.
개방형 레이스웨이 폰드는 미세조류의 대량 배양 시에 주로 사용되는 배양기이며, 조류 성장은 빛에 의존한다. 레이스웨이 폰드에서 유체 표면은 밝은 영역(light zone), 빛이 거의 없는 바닥은 어두운 영역(dark zone)으로 구분되며, 어두운 영역에 머무르는 조류 입자는 빛을 충분히 받을 수 없다. 따라서, 본 학위 논문에서는 각 미세조류 입자가 균일하게 빛을 받을 수 있도록 수직 혼합을 향상시키고자 한다. 혼합을 향상시키는 방법으로는 수직 흐름을 향상시킬 수 있는 다양한 디자인의 내부 구조물을 적용하였으며, 각 구조물에 의한 유체 흐름을 실험과 전산역학프로그램을 이용하여 비교하였다. 첫 번째로, 침전이 일어나는 미세조류 종에 적합한 침전 방지용 구조물을 제안했다. 구조물로 인해 바닥 면의 유체 속도가 유체의 유입 속도에 비해 2배 이상 증가하였고, 실제 미세조류를 이용하여 실험해본 결과, 기존 레이스웨이 폰드에 비해 구조물을 설치한 레이스웨이 폰드에서 침전이 적게 발생하는 것이 확인되었다. 두 번째로, 침전 방지와 수직 혼합 향상을 위한 또 다른 구조물 제안했고, 그 크기와 간격을 조절하여 레이스웨이 폰드 전체에 여러 세트를 설치했다. 그 결과, 기존 레이스웨이 폰드에 비해 규칙적인 수직 흐름이 발생했으며 평균 수직 흐름의 속도는 29% 증가했다.
