随着生命科学研究越来越深入,生物反应器的设计与优化也面临着更大的挑战。在生物反应器放大过程中,如何保证体系中溶氧量、流场混合情况及营养物质等条件满足菌体的生长就显得尤为重要。为了提高生物反应器设计优化及放大过程中的准确性及提高效率,计算流体力学数值模拟提供了有效手段。本文将计算流体力学模拟与实验结果结合,得到气液两相生物反应器的模拟方法,并将该方法应用于一系列生物反应器的优化放大过程,得到不同优化方案的流场情况,为反应器的设计优化和放大提供支持。设计优化了应用于S-腺苷蛋氨酸发酵的200L发酵罐,并进行发酵实验来验证模拟的正确性,采用轴径组合桨将反应体系进一步放大至5T,使得体系中溶氧及液相循环条件理想,满足SAM发酵要求。对柠檬酸发酵体系,在500L发酵罐中,将原有的两层径流桨改为轴径组合桨,增强了罐体上下间物料混合循环,搅拌能耗较现有方案节省约30%,并指导300m3发酵罐优化,将双斜叶涡轮桨应用于300m3柠檬酸发酵罐,能量消耗大大减少,具有可行性。对粘红酵母产微生物油脂体系,依据菌体对氧及流场循环的需求,设计了气升式生物反应器,进行发酵实验后生物量可达28g/L,满足发酵需求。