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C. Buchner:
"Modelling of UV disinfection reactors by means of Computational Fluid Dynamics";
Betreuer/in(nen): N. Vana, C. Reichl; E141 - Atominstitut der österreichischen Universitäten, 2006; Abschlussprüfung: 10.01.2007.

Heutzutage wird Wasserdesinfektion mit ultravioletter (UV) Strahlung immer wichtiger. Diese Arbeit stellt eine Simulationsmethode zur Vorhersage der Desinfektionwirksamkeit einer UV Desinfektionsanlage vor und vergleicht die Ergebnisse mit biodosimetrischen Messungen.
Berechnungen mit numerischer Strömungssimulation (CFD) wurden für einen Satz von Betriebsparametern durchgeführt. Ein diskretes Phasenmodell wurde verwendet, um Partikelbewegung zu berechnen. Die Fluenzratenverteilung im Reaktor wurde mit verschiedenen Strahlungsmodellen simuliert. Die Partikelbahnen und Strahlungsverteilungen wurden kombiniert, um die Reduktionsäquivalente Fluenz (REF), eine wichtige Größe in der Biodosimetrie, zu berechnen. Die errechneten Simulationsergebnisse werden mit experimentellen Daten verglichen um die erreichte Genauigkeit zu beurteilen.
Der simulierte Druckverlust des Reaktors stimmt sehr gut mit den Experimenten überein. Im Gegensatz zu den biodosimetrischen Messungen werden nur wenig Daten über das Strömungsfeld und die Fluenzratenverteilung von österreichischen Normgutachten erfasst. In Anbetracht dessen wurden von der vorgestellen Simulationsmethode gute Vorhersagen der REF erreicht. Der durchschnittliche Fehler schwankt, abhängig vom verwendeten Strahlungsmodell, zwischen 7 und 25%. Simulationen mit leicht veränderter Geometrie wurden durchgeführt und Fluenzhistogramme wurden berechnet, womit die Vorteile der Simulation gegenüber klassischer biodosimetrischer Analyse verdeutlicht wurden. Der mögliche Einsatz dieser Methode, um UV Desinfektionsanlagen zu entwickeln und zu verbessern wurde sehr gut veranschaulicht.

Nowadays, water disinfection with ultraviolet (UV) radiation becomes increasingly important. This work presents a simulation method to predict the disinfection efficacy of an UV disinfection reactor and compares the results to biodosimetric measurements.
Computational Fluid Dynamics (CFD) calculations have been performed for a set of operation parameters. A discrete phase model was used to generate particle tracks. The fluence rate distribution inside the reactor has been simulated using several radiation models. Particle tracks and radiation distributions have been combined to calculate the reduction equivalent fluence (REF), an important quantity in biodosimetry. The obtained simulation results are compared to experimental data to assess the achieved accuracy.
The simulated pressure loss of the reactor agreed very well with the experiments. In contrast to the biodosimetric measurements, only a limited amount of data for the flow field and fluence rate distribution is provided by Austrian standard certification procedures. Considering this, good predictions of the REF were obtained by the presented simulation method. Average error values varies between 7 and 25%, depending on the chosen radiation model. Simulations have been done for a slightly different geometry, and fluence histograms have been calculated, showing the advantages of simulation over classical biodosimetric analysis. The potential use of this method for designing and improving UV disinfection reactors has been demonstrated very well.

biodosimetry, Computational Fluid Dynamics, particle tracking, radiation models, Reduction Equivalent Fluence, Ultraviolet disinfection

http://publik.tuwien.ac.at/files/pub-mb_5453.pdf