第24卷第4期 2016年12月
北京石油化工学院学报
Journal of Beijing Institute of Petro-chemical Technology
灯管布置方式对管式紫外消毒器
性能的模拟研究
刘美丽，李莉莉.陈家庆，.郝文超”.韩严和
Vol.24No.4 Dec.2016
（1.北京石油化工学院环境工程系北京102617；2.中国地质大学（北京）水资源与环境学院北京100083；3.北京森宝水务工程有限公司，北京100081）
摘要：顺流式紫外消毒器中灯管布置方式对消毒效果有很大影响，采用数值模拟的方法对紫外消毒器中灯管不同布置方式下的运行效果进行模拟比较。结果表明通过改变消毒器中灯管的布置方式，可以有效改变消毒器内的辐射场和粒子受到的辐射剂量。在所研究的3种布置形式中五边形均布形式的消毒器中辐射光强和辐射剂量分布更加均匀，而且粒子所受辐射剂量明显提高，可以产生更好的消毒效果。
关键词：紫外消毒；CFD模拟；灯管布置方式；辐射剂量
中图分类号：X703.1
文献标志码：A
紫外线消毒技术因具有光谱高效、无二次污染、安全可靠并可实现自动控制等优点被广泛应用于水处理过程。在已建成的污水处理厂中，有半数以上的厂家应用紫外消毒技术，而紫外线剂量是进行紫外线消毒工艺的重要指标，微生物所接收到的紫外照射剂量决定了其灭活的程度1-2」。研究表明，光的强度、灯管的布置方式和反应器的内部结构形态会对辐射剂量分布有较大影响3}。传统的生物剂量法实验工作量大，过程繁杂，成本高，且生物剂量实验不能获得消毒系统内部的量化信息等缺点，不能直接指导紫外消毒设备的优化设计[4-]。随着数值模拟方法的发展和应用，国外紫外消毒设备生产厂家都已将数值模拟作为一种优化产品结构的有效研发手段L5]。Liu-在管道式紫外反应器中，分别用6种不同的瑞流模型对流态进行模拟试验，结果表明数值模拟具有较好的精度,并发现辐射剂量分布和灭活效率与流动过程密切相关。Lim和Lee“通过实验发现紫外
收稿日期2016-06-21
基金项目：北京市教委科技计划面上项目（KM2015100】 7008)
作者简介：刘美丽（1985一）博士研究生，讲师，主要从事多相流动方势数的实验和数值模拟研究，E-mailiumeili@ bipt -edu .cn
灯倾斜排列能使紧外线剂量增加，特别是在较小的倾斜角度下能获得更大的紫外线剂量。 Jin等9分析了灯管排布方式及灯管间有无遍挡对消毒效率的影响。但国内对于消毒器内流动过程及其辐射剂量量化关系的研究较少，无其是将CFD模拟作为研究手段对紫外消毒设备进行性能改进。为此，笔者利用课题组已建立的数值计算模型，分析了一种管式消毒器内灯管排布结构对紫外消毒器性能的影响。
1紫外线消毒器几何结构
管式紫外消毒器采用顺流流动形式，几何结构如图1所示，其主要由人口、出口、消毒箱体和支座等组成。消毒器为“上进上出”结构，内置6根直径20mm、功率320W的紫外灯管，且灯管与水流方向一致，具体结构尺寸如图 1所示。为了保证流场与辐射场的有效耦合，设计了如图2所示的3种灯管布置方式：矩形
分布、六边形均布、五边形均布。 2数值模拟模型
利用FLUENT前处理软件GAMBIT建立紫外消毒器的几何模型、网格划分以及边界定义，网格划分全部采用计算精度较高的结构