بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از پرتو فرابنفش یک فناوری اقتصادی و ایمن برای گندزدایی میباشد. مطالعهای برای ارزیابی راکتورهای فرابنفش گندزدایی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده است . برای انجام شبیهسازی باید سه دسته از معادلات شامل هیدرودینامیک، تابش و سنتیک با یکدیگر حل شوند . از مدل اغتشاش k- 5HDOL]DEOH و مدل تابشDO24 برای محاسبه توزیع شدت تابش استفاده شده است .
با به-دست آمدن میدان سرعت و شدت تابش و استفاده از معادله سنتیکی چک -واتسن، دیدگاه اولرین برای پیش بینی میزان حذف میکروارگانیسم ها در راکتور بکار برده شده است . سیالات مورد بررسی آب و سیال غیرنیوتنی سس سیب می باشد. برای صحت سنجی نتایج مقا دیر حاصل از شبیه سازی آب با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده و تطابق این داده ها به دست آمده است .
نتایج نشان می دهد که میزان حذف برای سس سیب کمتر از آب می باشد، چون سس سیب سیالی با ضریب جذب بالاست، بنابراین پروفایل تابش برای آن کمتر و درنتیجه تاثیر اشعه فراب نفش بر روی آن کمتر میباشد. پس کسر جرمی خروجی برای آن بیشتر از آب بوده و درنتیجه میزان حذف آن کمتر شده است . نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی جرمی میزان حذف میکروارگانیسم ها کاهش می یابد زیرا با افزایش دبی جرمی زمان تماس پرتو فرابنفش با سیال کمتر شده و درنتیجه اثر آن در گندزدایی کاهش مییابد.
مقدمه
یکی از مهمترین مراحل در تصفیه ، که به طور مستقیم به سلامت عموم منجر می شود، گندزدایی می-باشد. با پیشرفت تکنولوژی، انتخاب یک روش مفید و کاربردی با هزینه کم و بازده بالا مهم است . امروزه از این پرتو اکثراً در صنعت آب استفاده می شود. اما کاربردهای پرتو فرابنفش برای گندزدایی وسیع تر میباشد. از این پرتو میتوان برای گندزدایی سیالاتی که رفتار غیر نیوتنی دارند استفاده کرد، مثلاً آبمیوهها و غذاهای مایعی که از خود رفتار غیرنیوتنی نشان می دهند.برای گندزدایی این نوع مواد، اکثراً از روش های دمایی مانند پاستوریزاسیون استفاده می شود، ولی پاستوریزاسیون دارای معایبی می باشد
اولاً. استفاده از گرما باعث تغییر طعم و رنگ ماده غذایی و از بین بردن مواد مغذی آن میشود و از طرف دیگر پاستوریزاسیون روشیگران قیمت است. استفاده از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی برای مدلسازی جریان و فرایندهای انتقال جریان در مهندسی شیمی در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است . از این ابزار می توان در شبیه سازی راکتورهای فرابنفش استفاده نمود . یک شبیه سازی موفق، مزایایی از قبیل ایجاد نمونه اولیه مجازی، بهینه سازی هزینه طراحی، کنترل همیشگی و ارزیابی بهتر عملکرد را به همراه خواهد داشت
یک مدل ریاضی برای تعیین سرعت غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها براساس دا دههای آزمایشگاهی توسط داربی و همکاران بدست آورده شد .[2] اما در این مدل هیدرودینامیک راکتور مورد بررسی قرار گرفته نشده است . در یک روش برای در نظر گرفتن هیدرودینامیک در راکتور فرابنفش آب توسط چیو و همکاران ارائه شد که در آن مدل، میزان س رعت توسط یک سرعت سنج لیزری25 اندازهگیری شد
باس با در نظر گرفتن فرض جریان لوله ای، عدم پراکندگی شعاعی و عدم فضای مرده در راکتور و همگنی شدت تشعشع ، هیدرودینامیک راکتور فرابنفش آب را مورد بررسی قرار داد
در مطالعه ای دیگر توسط سوزی و تقی پور ، هیدرودینامیک راکتورهای فرابنفش آب برای دو راکتور مختلف شبیه سازی شده و پروفایل سرعت در مکان های مختلف بدست آورده شد و با تطابق با نتایج آزمایشگاهی حاصل از سرعت سنج لیزری این نتیجه حاصل شد که بین مقادیر آزمایشگاهی و نتایج شبیهسازی تطابق وجود دارد
برای ایجاد یک مدل مناسب برای راکتورهای فرابنفش باید میدان تابش، واکنش شیمیایی یا سرعت غیرفعال شدن میکروارگانیسمها همراه با میدان سرعت در راکتور مورد بررسی قرار گیرند . به همین دلیل برای مدلسازی این نوع از راکتورها باید سه دسته از مدل ها همزمان در شبیهسازی حل شوند این مدل ها شامل مدلهای هیدرودینامیک، مدلهای تابش و مدلهای سنتیکی میباشند و برای بدست آوردن میزان حذف از دو دیدگاه اولرین یا لاگرانژین استفاده میشود که در دیدگاه اولرین معادله بقای جرمی اجزا حل خواهد شد ولی در دیدگاه لاگرانژین موازنه نیرو بر روی هریک از ذرات - میکروارگانیسم ها - اعمال و مسیر ذرات بدست آمده و از آن طریق دوز و میزان غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها محاسبه می شود. پیشرفتهای قابل توجهی در حل عددی این راکتورها انجام شده است . چیو و بلاچلی با بررسی راکتور مورد نظرشان به این نتیجه رسیدند که تفاوت بین مدل پیشبینی شده و اندازهگیری آزمایشگاهی در ناحیه ورودی است
لیو و همکاران به بررسی مدلهای اغتشاش بر روی راکتور فرابنفش آب پرداختند و مدل های اغتشاش مختلفی را در
نظر گرفته و به این نتایج دست یافتند که در خارج منطقه چرخش مدلهای درهمی k- ,k- ,26TFM ,27RSMو در منطقه چرخش مدل درهمی k- مناسب میباشند
بولتن و همکاران بر روی میزان
تابش در راکتور فرابنفش آب تحقیقات خود را انجام داده اند .[7] دوکاست و همکاران - ًًٍْ - راکتور فرابنفش آب را با دو دیدگاه اولرین و لاگرانژین و با دو مدل چک - واتسن و مجموع پیشامد تصادفی28 شبیهسازی کرده و توزیع دوز را در راکتور بدست آورده اند
تقیپور و الیاسیدو دیدگاه اولرین و لاگرانژین را مورد مقایسه قرار دادند و دریافتند که مدل اولرین نسبت به لاگرانژین به این دلیل که غلظت بدست آمده و سرعت محلی غیرفعال شدن میکروارگانیسم ها بهبود می یابد، عملکرد راکتور آب را بهتر نشان می دهد .[1] در بررسی دیگر دورن و تقی پور مدلهای اغتشاش را مورد بحث قرار دادند و دریافتند که مدل اغتشاش RSM انتقال جرم را در جریان های مغشوش به جز درسطح ورودی که اغتشاش بالاست، به خوبی پیش بینی می کند. مدل اغتشاش AKN29 به خاطر حافظه و محاسبات کمتر ، به مدل اغتشاش RSM برتری دارد .
هافمن و همکاران جریان آب را به صورت مغشوش و با رینولدز بالا و با استفاده از مدل تابش MPSS30 شبیهسازی نمودند و میدان جریان و پروفایل شدت تابش و توزیع دوز را در راکتور بدست آوردند و به این نتیجه رسیدند که در مکانهای با شدت جریان کم، میدان دوز فرابنفش بالاترین است که آن با زمان اقامت طولانی همراه است و در جاهایی که شدت جریان زیاد است چون زمان اقامت کم میباشد بنابراین میزان دوز در این مکانها کم می-باشد .[11] در تحقیق دیگر سوزی و تقی پور راکتور فرابنفش آب را با مدل تابش MPSS و LSI31 و مدل سنتیکی چک- واتسن شبیه سازی کردند . نتایج این تحقیقات، تطابق داده های شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی را به همراه داشت
از آنجایی که در شبیه سازیهای انجام شده، سیال مورد استفاده آب بوده است و تاکنون از سیالات دیگری استفاده نشده، بنابراین در این مقاله سیال غیرنیوتنی سس سیب با ضریب جذب بالا انتخاب شده است . از طرفی در کارهای انجام شده اکثرا از دو مدل تابش MPSS و LSI استفاده شده است و از آنجایی که تاکنون از مدل DO در شبیهسازی راکتورهای فرابنفش، تحقیقی صورت نگرفته است.
