紫外线消毒腔辐射剂量的数值模拟及改进

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1、中国农业大学硕士学位论文紫外线消毒腔辐射剂量的数值模拟及改进姓名：莫君毅申请学位级别：硕士专业：农产品加工及贮藏工程指导教师：张树阁;宋卫堂20060601摘要营养液的循环利用已成为现代无土栽培发展的关键技术之一。但是由于营养液在循环利用过程中会受到各种传染病原污染，某些患病植株的病原会在整个营养液循环系统中传播，严重者导致整个栽培系统的瘫痪。所以在循环使用前对营养液进行消毒具有十分重要的意义。对营养液的紫外线杀菌主要取决于三个关键因素：消毒腔的水力特性、微生物致死动力学以及紫外线辐射在水中的分布。紫外线强度下降的梯度取决于营养液的透过率，透过率较低时紫外线强度显

2、著下降。这时，离紫外灯管较远的流体受到的辐射剂量较小，当辐射剂量小于致死剂量时就会影响整体杀菌率。本文的主要目的是改进消毒腔内部结构，使营养液在消毒腔腔体内形成湍流。从而在离紫外灯管不同距离的地方停留的时问相等。首先使用商用CFD软件Fluent6．2模拟现有紫外线消毒腔内的流场和真菌的运动轨迹，结果显示：除了在进口段1／4处和出口处是湍流．流体大部分以层流的形式流过。结合水质条件计算得到真菌在Tlo为66％、47％、37％时分别受到的平均辐射剂量为113．83J／m2、99．60J／m2和85．37J／ms，再结合致死剂量曲线方程预测得到三种情况下的杀菌率分别为

3、89．6％、79．5％和63．6％。然后采用加装挡板和螺旋折流板的方式，改进紫外线消毒腔的内部结构以提高杀菌效果。在加装挡板的方式中，主要改变挡板的高度和数量，选定的高度为65rain、70mill、75mm和80IIlIn，每种高度下挡板数量从2个逐步增大到8个。在加装螺旋折流板的方式中，主要改变螺旋折流板的螺旋角和高度，选定的螺旋角为306、359、40。、45。和50。，高度分别为10／tim、15m、20mm和23mill；模拟优化的结果是：加装6块挡板、挡板高度为75lllm时效果最好。改进后的紫外线消毒腔在Tlo为66％、47％和37％时杀菌率分别为9

4、2．2％、83．6％和68．9％。比改进前分别提高了2．6％、4．1％和5．3％。通过番茄枯萎病菌进行杀菌试验来验证模拟结果。对应的三种T10值66％、47％和37％下杀菌率分别是：改进前97．7％、88．8％和75．2％，改进后99．2％、94．2％和86．3％，证明三种情况下改进后比改进前杀菌率分别提高了1．5％、5．5％和11．1％，对紫外线消毒腔的改进是有效的，同时也证明数值模拟的杀菌率与杀菌试验的杀菌率基本吻合。关键词：紫外线，杀菌，计算流体动力学，湍流模型，营养液AbstractTherecyclingofnutrientsolutionhasbeco

5、meonoofthemajorfactorsinsoillesscultures．Butwhenthenutrientsolutionneartheinfectedplantstalkieintotherecalculatingsystems，thepathogenswouldspreadinthewholeplantingsystem．What'sworse，itwouldcausethefailureoftheentiregreenhouse．Soitwassignificantthattherecirculationwatershouldbedisinfec

6、tedbeforebeingreused．T1leefficacyofdisinfectionprocessesbyUVinnutrientsolutionisgovemedbyseveralkeyfactorsincludingreactorhydraulics．microbialinactivationkineticsandUVfluencoratedistribution．1nlegradientofintens埘betweenthelampsurfaceandthevesselwalldependsOllthetransmi％ionofUVlightthr

7、oughtheliquid．Liquidwithahighdegreeoftransmissionwighaveaslightgradientwheretheintensityisvirtuallyequalatanypointalongthelinefromthelamptothewall．Liquidswithlowtransmissionwillhaveasteepgradientandintensitywillbestronglyrelatedtothedistanceoutwardfromthe1amp．Inthissituation．the1iquid

8、flowf