一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法，将明渠内第j根UV灯沿轴线方向分成n个点光源，第j根UV灯的第i个点光源在反应器中任意点(x,y,z)处的光强为I

【技术实现步骤摘要】
一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法


[0001]本专利技术属于废水处理领域，尤其是一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法。

技术介绍

[0002]随着公众对水环境安全问题的广泛关注，尤其是二次污染对健康的潜在影响方面。与传统的氯化消毒相比，紫外线(UV)消毒具有简单、快速、高效、占地面积小、不产生消毒副产物等优点，广泛应用于水的消毒领域。工程中使用的明渠式UV消毒系统通常用于污水深度处理及再生回用。根据紫外线灯组件与水流方向的关系，明渠式UV消毒系统的水流可以平行或垂直于紫外线灯。反应器内UV光强的大小及分布均会影响水中微生物的灭活效果。
[0003]常见的计算UV剂量方法有近似方法和常规方法，二者均以Raidal模型为基础。近似计算方法采用最不利点光强计算UV剂量，其计算值远低于微生物接受的实际UV剂量，为保证消毒效果，近似方法确定的设计值显著高于实际值，造成能耗浪费。而常规计算方法的误差虽然较近似方法小很多，但其计算值高于实际UV剂量，以其作为设计依据则会造成反应器的UV剂量不足，可能会带来潜在水质安全问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法，可计算反应器内任意点、最不利点光强、截面平均光强等，可对实际工程中UV消毒系统的设计具有一定的指导。
[0005]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法，将明渠内第j根UV灯沿轴线方向分成n个点光源，第j根UV灯的第i个点光源在反应器中任意点(x,y,z)处的光强为I
j,i
(x,y,z)，
[0007][0008]将第j根UV灯的所有点光源在反应器中任意点(x,y,z)处的光强进行叠加，可得到第j根UV灯在点(x,y,z)处的光强I
j
(x,y,z)，
[0009][0010]反应器所有UV灯在点(x,y,z)的光强进行叠加，可得到反应器内的UV灯在点(x,y,z)处的光强I(x,y,z)，
[0011][0012]P为UV灯输入功率，mW；η为UV灯254nm输出效率；η
q
为石英套管透光率；n为UV灯沿轴向拆分的假想点光源数量；r
q
为石英套管外径，cm；α为待消毒介质254nm吸光度，cm
‑1；r
j
为点(x,y,z)到第j根UV灯轴线的距离，cm；j＝1,2,3,
…
n；l
ji
为第j根UV灯的第i个点光源与点(x,y,z)的距离，cm；i＝1,2,
…
n；L为紫外灯有效长度，cm。
[0013]进一步地，对I(x,y,z)在反应器的任意横截面进行积分并除以截面面积，或者将I(x,y,z)对整个反应器进行积分并除以反应器体积，即可计算出截面平均光强或反应器平均光强。
[0014]进一步地，所述截面平均光强计算公式为：
[0015]UV灯平行排列
[0016]UV灯交错排列
[0017]进一步地，所述反应器平均光强计算公式为：
[0018]UV灯平行排列
[0019]UV灯交错排列
[0020]进一步地，反应器内最大光强根据下式计算：
[0021][0022]进一步地，反应器内最小光强根据下式计算：
[0023]UV灯平行排列
[0024]UV灯交错排列
[0025]本专利技术的优点和积极效果是：
[0026]采用本专利技术的方法，可以节约大概13％的UV辐照剂量。有助于指导实际UV消毒器的设计，用CFD计算出来的平均光强，值更加准确，也避免了最不利点的能源浪费，指导紫外线消毒设计，减少成本。
附图说明
[0027]图1(a)为明渠式UV消毒系统横截面(UV灯平行排列)；
[0028]图1(b)为明渠式UV消毒系统横截面(UV灯交错排列)；
[0029]图2为明渠式UV消毒系统中垂面光强分布图；
[0030]图3为明渠式UV消毒系统中垂面光强等值线分布图。
具体实施方式
[0031]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0032]本专利技术明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法，首先，明确2个假设条件：(1)明渠式UV消毒系统的UV灯间距相同；(2)仅考虑计算点周围最近的UV灯的影响，忽略其它灯管的作用。
[0033]以明渠内任意一排UV灯中心连线为y轴、与其垂直的另一排UV灯中心连线为z轴，建立如图1(a)、图1(b)所示的平面直角坐标系。因UV灯的分布均匀，故任何相邻四根UV灯组成的正方形区域内的光强分布均相同，所以明渠式UV消毒系统的平均光强与每个正方形区域的平均UV强度相等。
[0034]研究区域选择编号为1,2,3,4的UV灯所围成的正方形区域：DI＝{(y,z)|0≤y≤a，0≤z≤a}图1(a)，以及编号为1,2,3的UV灯所围成的正三角形区域：
[0035]1、反应器内任意点UV光强
[0036]设UV灯的有效长度为L，相邻UV灯的间距为a。
[0037]UV强度计算采用点源加和模型，即将UV灯沿轴线方向(x轴)分为n个假想的点光源，每个点光源均以球面辐射形式向周围均匀传播能量(即相同半径的球面上的UV强度都相等)则所有点光源在计算点(x,y,z)处的光强累加值即为该点的UV光强，故反应器内第j根UV灯在任意点(x,y,z)处的近似光强为
[0038]当点光源个数n值足够大时，则可以计算出第j根UV灯在点(x,y,z)处的光强精确值，如式(1)所示。
[0039][0040]则将所有UV灯在点(x,y,z)处的光强进行累加，即可得到明渠式UV消毒系统内任意点(x,y,z)处的总光强值，即为
[0041][0042]式中P为UV灯输入功率，mW；η为UV灯254nm输出效率；η
q
为石英套管透光率；n为UV灯沿轴向拆分的假想点光源数量；r
q
为石英套管外径，cm；α为待消毒介质(水)254nm吸光度，cm
‑1；r
j
为点(x,y,z)到第j根UV灯轴线的距离，cm；j＝1,2,3,
…
n；l
ji
为第j根UV灯的第i个点光源与点(x,y,z)的距离，cm；i＝1,2,
…
n；L为紫外灯有效长度，cm。
[0043]当UV灯组件平行排列时，研究区域选择编号为1,2,3,4的四根UV灯所围成的正方形区域：{(y,z)|0≤y≤a，0≤z≤a}图1(a)。其中：
[0044][0045][0046][0047][0048]将上述l...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种明渠式紫外线消毒系统内任意点位的光强计算方法，其特征在于，明渠式紫外线消毒系统内包含多根UV灯，每根UV灯由一系列各向同性的点光源组成，各个点光源相互独立；将第j根UV灯沿轴线方向分成n个点光源，第j根UV灯的第i个点光源在反应器中任意点(x,y,z)处的光强为I
j,i
(x,y,z)，将第j根UV灯的所有点光源在反应器中任意点(x,y,z)处的光强进行叠加，可得到第j根UV灯在点(x,y,z)处的光强I
j
(x,y,z)，反应器所有UV灯在点(x,y,z)的光强进行叠加，可得到反应器内的UV灯在点(x,y,z)处的光强I(x,y,z)，P为UV灯输入功率，mW；η为UV灯254nm输出效率；η
q
为石英套管透光率；n为UV灯沿轴向拆分的假想点光源数量；r
q
为石英套管外径，cm；α为待消毒介质254nm吸光度，cm
‑1；r
j
为点(x,y,z)到第j根UV灯轴线的距离，cm；j＝1,2,3,
…

【专利技术属性】
技术研发人员：郑中原，于金山，姜玲，刘桂华，周长新，路菲，马伟刚，张滏恒，张佳成，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：