摘要
光催化消毒技术是一种环保且应用前景较好的技术，利用光能和催化剂可高效去除水中的细菌，实现细菌的消毒作用。本论文以循环式环形光催化消毒反应器作为研究对象，计算流体力学软件作为研究工具，通过数值模拟法研究了细菌的光催化消杀过程，同时探究了进口流速、辐射、细菌初始浓度等对消毒过程的影响。主要研究包含以下内容： 1. 建立了环形光催化消毒反应器的数学模型，包括连续性方程、动量守恒方程、流体流动方程、辐射方程和细菌灭活方程。参考文献实验装置，建立反应器的几何模型，并根据流体流动的????值，选用Laminar模型和低雷诺数?????模型作为流动模型，通过UDF函数导入辐射方程和细菌灭活方程，选择Degussa型的TiO2作为光催化剂，对反应动力学方程进行验证。模拟验证结果与文献中的实验结果吻合较好，表明本研究选择的数学模型和模拟计算方法适用于该光催化消毒反应器的研究。 2. 在验证光催化消毒模型正确性基础上，探究进口流速、辐射、细菌初始浓度、停留时间及不同外径对细菌光催化消毒的影响，主要结论如下： (a) 进口流速的变化会影响反应器内流场的分布，进而影响细菌消毒结果。进口流速与细菌对数降解率间存在对数关系，其相关系数为0.9067。 (b) 五种辐射模型间的消毒效果存在明显区别，细菌对数降解率由高到低依次为：DO模型、面源模型、体源模型、线源模型、P-1模型。在线源模型、面源模型和体源模型的辐射类型下，辐射功率与细菌对数降解率间存在对数关系，且相关系数均为0.9996。 (c) 细菌初始浓度的增加对细菌光催化消毒效率的改变无明显影响。细菌消毒时间的增加影响细菌对数降解率的变化，消毒时间与细菌对数降解率存在对数关系，其相关系数为0.9337。 (d) 不同外径反应器内的流场分布及细菌光催化消毒作用存在差别，增大反应器外径，有助于减少壁面摩擦特性的影响。随反应器外径的增加，细菌对数降解率增加。反应器外径与细菌对数降解率存在对数关系，它们之间的相关系数为0.9983。外径为8.0 cm的反应器，细菌对数降解率比外径为5.0 cm的反应器高6.13%。反应器外径为10.0 cm的细菌对数降解率分别比外径为5.0 cm和8.0 cm的反应器高8.55%和2.29%。
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