CN100462691C - 一种在处理过程中预测至少一个液体流动参数的在线设备 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种用来预测处理过程中的至少一个液体流动参数的在线设备。在实施例中，所讨论的处理过程包括一个流动区域，该处形成一个预定部分，液体在这部分那流动，该设备包括一台计算机，计算机具有：(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括在预定部分内关于多个节点和微粒路径的相关信息；(ii)从处理过程接收输入数据的装置；以及(iii)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数的装置。在另一实施例中，所讨论的处理过程包括一个有界的液体区域，该区域形成一个预定的方阵，该设备包括一台计算机，该计算机具有：(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括方阵中多个节点或微粒路径的位置信息；(ii)从处理过程接收输入数据的装置；以及(iii)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数的装置。本设备作为一个紫外线放射量测定器使用时尤其具有优势。

Description

一种在处理过程中预测至少一个液体流动参数的在线设备

技术领域

本发明一方面涉及一种在处理过程中在线预测至少一个液体流动参数的设备。另一方面，本发明涉及一种紫外线放射量在线测定器，用来在紫外线消毒过程中，对于一种给定的微生物，预测其生物测定等效剂量。另一方面，本发明涉及一种在处理过程中在线预测至少一个液体流动参数的方法。

发明背景

在本领域中，液体处理***广为人知。

例如，序号为4,482,809、4,872,980和5,006,244的美国专利(这三个专利都是Maarschalkerweerd申请的，而且都转让给本发明的受让人，在下文中称作Maarschalkerweerd的1号专利)都描述了使用紫外线的重力自流液体处理***。

这些***包括一个紫外线灯框架阵列，该框架包括几个紫外线灯，每个灯安装在套管内，套管从一对连接在连接板上的立柱之间伸出，并受到立柱的支撑。这些被支撑的套管(包括紫外线灯)***被处理的液体之中，然后利用辐射进行消毒。液体暴露于其中的辐射强度的大小由液体与灯的接近程度、灯的输出瓦数和液体流经灯的速度确定。典型情况下，使用一个或多个紫外线传感器来监测灯的紫外线输出，在可能的范围内，可通过在处理设备的下游设置液位门或者同类装置，对液体的液位进行控制。

序号为5,418,370、5,539,210和5,590,390的美国专利(这三个专利都是Maarschalkerweerd申请的，而且都转让给本发明的受让人，在下文中称作Maarschalkerweerd的2号专利)都描述了使用紫外线辐射的液体处理***。特别是，Maarschalkerweerd的2号专利讲授了一种布置成开放形式的紫外线处理***，包括液体的重力自流流动。在一种优选实施例中，经过处理，液体被排入溪流、小河、大河、湖泊或者其它水系中，即：这种实施例表示该***在城市废水处理厂中的应用。

传统上，在紫外线辐射处理***工艺中，给定辐射区的辐射剂量通过下式进行计算：

DOSE＝t_ave×I_ave

其中：t_ave是微生物在辐射区中的平均时间，I_ave是紫外线在辐射区体积内的平均强度。

近来，有建议认为这种相对简单的计算方法可能在某种情况下导致实际上辐射到被处理液体的剂量不准确——参见“在开放式紫外线***中的流体动力学特性：对微生物失活的影响”(K.Chiu，D.A.Lyn，和E.R.Blatchley III，CSCE/ASCE环境工程学会(1997)，1189-1199页)。这可能导致严重的后果，因为许多紫外线辐射处理***都规定大部分使用这种算法。进一步，这种计算假定***始终在最佳状态下运行，因此将不会考虑诸如一个或多个紫外线辐射源工作不正常或者根本不工作的情况。

因此，本工艺需要有一种设备，能够预测辐射给液体的剂量，并具有提高了的精度。如果这种设备能够广泛使用，而不限于预测紫外线处理***辐射到液体中的剂量，就是说，不限于作为紫外线放射量测定器来使用，那将是非常有利的。

发明内容

本发明的一个目标是排除或者减小在先技术中上述缺点中的至少一个缺点。

本发明的另一个目标是提供一种新型的在线设备，用于预测处理过程中的至少一个液体流动参数。

本发明的再一个目标是提供一种新方法，用来在线预测处理过程中的至少一个液体流动参数。

在本发明的一个方面，本发明提供一种在线设备，用来预测处理过程中的至少一个液体流动参数，处理过程包括一个有界的液体区域，该区域形成一个预定的方阵。该设备包括一台计算机，该计算机具有：

(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括方阵中多个节点或微粒路径的位置信息；

(ii)从处理过程接收输入数据的装置；和

(iii)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数的装置。

在本发明的另一方面，本发明提供一种在线设备，用来预测处理过程中的至少一个液体流动参数，处理过程包括一个有界的液体区域，该区域形成一个预定的方阵。该设备包括一台计算机，该计算机具有：

(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括在预定部分内关于多个节点和微粒路径的相关信息；

(ii)从处理过程接收输入数据的装置；和

(iii)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数的装置。

在本发明的又一方面，一种紫外线放射量在线测定器，用来在紫外线消毒过程中，对于一种给定的微生物，预测其生物测定的等效剂量，紫外线消毒过程包括一个流动区域，液体在该区域中流动。该设备包括一台计算机，计算机具有：

(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括关于经过流动区域的多个液体路径的相关剂量信息；

(ii)从处理过程接收输入数据的装置，输入数据选自液体的紫外线透射率、液体的流速和流动区域的强度范围等数据；和

(iii)由数据库和输入数据计算给定微生物的生物测定等效剂量的装置。

在本发明的再一方面，本发明提供一种处理过程中在线预测至少一个液体流动参数的方法，处理过程包括一个流动区域，该处形成一个预定部分，液体流过这部分。该方法包括如下步骤：

(i)在计算机的存储器中存入数据库，数据库包括在预定部分内关于多个节点和微粒路径的相关信息；

(ii)从处理过程获得输入数据；

(iii)将输入数据传送给计算机；以及

(iv)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数。

对于化学、光化学或生物处理具有基本了解是预测和控制处理结果的关键。大多数此类处理包括液体流动，而液体特性可以很大程度上影响处理的效率。对液体流动理解得越好，处理的预测和控制就越好。

本发明的一个优点是在线预测至少一个液体流动参数，例如速度、压力、温度和紊流参数，这些参数优选地通过计算流体动力学(CFD)计算出来，并与某些在处理中感兴趣的离散点上在线测定的相关参数结合起来。如果所有在感兴趣的流动区域上的相关流动参数都已知，就可以获得更好的***预测反应，这将导致更好的处理控制。

例如，本发明可以应用在紫外线辐射液体处理***中预测剂量分布轮廓，从而减小和/或消除上述在先技术中的不足。当然，本领域技术人员将认识到本发明可用于多种其它应用，例如光化学处理、化学处理、生物处理等等。

具体实施方式

本发明设备包括一个计算机。该计算机包括一个用于接收数据库的存储器。

该数据库包括方阵中多个节点的位置信息。数据库可通过确定一个流动区域内流动参数的分布而获得(例如，在感兴趣的处理过程中盛放液体的一个通道或者管道)。这可以在线和离线情况下获得。

如果数据库是在离线情况下获得的，那么将用到两种通用技术。第一种包括“直接测量”，使用诸如激光多普勒风速测定法、热线风速测定法和微粒图象测速法的技术。第二种包括“数值/计算技术”，典型地称之为CFD(计算流体动力学)—例如，参见Versteeg等所著“计算流体动力学介绍”(1995)。

如果数据库为在线情况下获得，则优选地使用数值/计算技术，关于这些技术更多的细节可以在以下一篇或多篇文献中找到：

1、“热线风速测定法”，G..Compte-Bellot，流体力学评论年报，第8卷，209—231页(1976)；

2、“激光测速法”，Ronald J.Adrian，“流体力学测试”第五章，Richard J.Goldstein编辑，1983；

3、“数字微粒图像测速法”，C.E.Willert和M.Gharib，流体实验，第10期，181—193页(1991)；

4、TSI公司，网址为：“http://www.tsi.com”；

5、DANTEC测试技术，网址：“http://www.dantecmt.com”；

6、Fluent5用户手册，Fluent公司，Lebanon，NH，美国；以及

7、Versteeg，H.K.和W.Malalasekera.计算流体动力学介绍。Longman集团有限公司，1995。

在本发明的优选应用(即一种紫外线放射量测定器)中，存储在计算机存储器中的数据库，应当包括在有界流动区域预定方阵内的多个节点中的每个节点的位置信息。优选地，每个节点的位置信息包括：节点的空间位置、速度矢量分量、压力以及关于紊流的测量值，例如紊流动能和紊流耗散速率。

通过直接测试确定在流动区域内的流动参数的优选方法，就是通过在整个区域内推理地测量参数(例如离线测量)，建立这些参数的数据库，其中测量的条件与感兴趣的处理实验相似。例如，在紫外线消毒反应器的情况下，速度、压力和紊流参数可以在反应器内细小的三维网格(即方阵)节点位置处进行测量，此时的流动速度与反应器的工作状态相关。通过重复测量不同的体积流动速度状态，可以建立起变化的流动状况数据库。实质上，数据库由代表物理测量位置的节点x、y、z位置组成，对于每个不同的体积流动速度，在每个节点测量相关流动参数(速度、压力、紊流强度……)。

使用数值/计算技术在流动区域内确定流动参数的优选方法是使用CFD。通过在计算机上对反应器内的液体建模，可以建立起一个包括必要位置信息的合适的数据库。

不管包括必要位置信息的数据库是通过实验还是数值模拟建立起来的，都希望它能够与在线状态相关联。这通过测量相关的体积流动参数来完成。在紫外线消毒反应器的情况下，相关参数将很可能是体积流动速度。在在线CFD***的情况下，当流动速度改变时，将产生一个包含位置信息的新数据库。另一方面，如果数据库包括离线产生(使用CFD或者直接测量)的位置信息，那么将使用插值或者换算技术，以便由数据库中的已有状态接近地模拟在线状态。

对于给定的在线状态，一旦通过反应器的液体确定了，就可以求解传输方程来确定相关处理函数(如上面所提到的)。在本发明的紫外线消毒反应器的应用中，兴趣在于反应器的执行情况，或者特别是反应器对于目标病菌的失活。通过使用考虑第一阶动力学、有关微生物的微粒、和微生物恢复过程的方程，生物失活可以建立成所用紫外线剂量的函数。

在第一阶动力学中，生物失活可以建立为：

$\frac{N}{N_0}=e^{-\mathrm{kD}}---\left(1\right)$

其中N₀是消毒前存活的微生物的数量，N为消毒后存活的微生物的数量。常数k依赖于失活的微生物的类型，D为辐射剂量。剂量定义为相对暴露时间的杀菌强度。在实际的反应器中，紫外线强度随反应器内空间位置(离灯越远的区域紫外线强度越弱)和水的紫外线透射率(UVT)不同而变化。由于灯的位置是已知的(反应器的几何形状已知)，而且UVT可以在线测量，反应器内的强度场可以计算出来，并与在线传感器读数相关联。当微生物流经反应器，由于液体的运动(在该例中是水)，微生物将通过强度场。很明显，当流经反应器时，微生物路径将经历程度变化的强度。对流经线路上的强度场和紫外线暴露时间进行积分，将对每个微生物产生一个剂量值。

一个紫外线反应器将具有无限多个微生物通过的路径，每个特定的线路接收特定的剂量。由于一个反应器具有无限多个微生物可以通过的路径，反应器纯失活可以写作：

$\frac{N}{N_0}=\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i{e}^{-k{D}_i}---\left(2\right)$

其中f_i是接收剂量D_i的微粒的分数，这样：

$\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i=1$

反应器失活的模型为：

$\frac{N}{N_0}=e^{-k{D}_{\mathrm{eqv}}}---\left(3\right)$

其中N₀在这里是反应器上游的存活微生物流量(或者在准直射束研究(collimated beam study)的情况下是存活微生物的总数)，N是消毒后反应器下游的存活微生物数量。D_eqv是反应器辐射剂量。

反应器辐射剂量，或者“等效剂量”，可以通过将方程(2)和(3)联合求解得到：

$\frac{N}{N_0}=e^{-k{D}_{\mathrm{eqv}}}=\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i{e}^{-k{D}_i}---\left(4\right)$

或者：

$D_{\mathrm{eqv}}=-\frac{1}{k}\ln \left[\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i{e}^{-k{D}_i}\right]---\left(5\right)$

实质上，反应器执行情况由通过反应器的所有微生物路径积分确定。在计算上，这可以由包括每个节点位置信息的数据库确定。现有的两种传统CFD方法可用来完成这个任务：

1、欧拉/标量法；和

2、拉各朗日微粒路径法。

在欧拉法中，剂量D当作一个标量，标量传输方程与强度场积分，而包括位置信息的数据库可以用来确定反应器出口的剂量分布。出口处剂量分布和出口处体积流速部分的积分和方程(5)将给出基于目标微生物失活常数k的反应器执行值。欧拉方法的困难之处在于求解扩散和将剂量平均了的紊流混合体的标量方程。实际上，每个微生物都是一个离散实体，应当被当作离散实体处理，而不能够平均。商业软件CFD能够非常容易地用来求解方程——参见，例如Fluent^TM CFD软件的操作手册。应当强调数值模拟和实验产生的数据库包括可以使用现有CFD软件的位置信息。

优选方法是使用拉各朗日微粒路径法。利用这种方法，包括每个节点的位置信息的数据库可用来确定通过反应器的离散微粒的运动。微粒路径可以和已知的强度场进行积分，以确定对每个微粒的辐射剂量。每个微粒将有自己的路径，没有两条路径是相同的，通过计算例如100个微粒的路径可以获得剂量分布的充分表示。在这种方法中，方程(4)和(5)可以直接使用，求和上限设置为n，此处n为代表微粒路径的数目，并且f_i＝1/n。

在本发明的一个优选实施例中，数据库包括方阵的至少一部分中的多个微粒路径的位置信息(就是说，不是整个方阵中的多个节点的位置信息)。因此，数据库不依赖于强度场得到。换句话说，不是在线存储包括位置信息的数据库，而是建立一个用来推断微粒路径数据的数据库，而且只有微粒路径需要在线存储。这种改进进一步建少了计算量。

如上所示，对于化学、光化学或生物处理具有基本了解是预测和控制处理结果的关键。例如，本发明可以用于在紫外线辐射液体处理***中预测消毒执行情况，从而减少和/或消除了在先技术中的上述缺点。更为特别的是，本发明的在线设备的一个优选实施例是一种用于在给定的紫外线消毒***和处理过程中预测生物测定等效剂量的紫外线放射量测定器。

在本设备的这种优选实施例中，数据库包括经过紫外线消毒处理的多个实际微粒的剂量数据，其中每个实际微粒可代表一个微生物、一个微生物集合或其它物质，或者一个化学分子。当通过反应器时，每个实际微粒的剂量可由微粒经受的紫外线强度在紫外线消毒过程中微粒经过的路径上的积分确定。数学上，这种关系可以表示为：

$D_i=\underset{t=0}{\overset{t=t_r}{\∫}}I(x,y,z)\mathrm{dt}$

其中：

D_i为第i个实际微粒经过紫外线消毒处理后所经受的紫外线剂量，单位为mJ/cm²；

I(x，y，z)为微粒经过紫外线消毒处理路径在位置(x，y，z)处经受的紫外线强度，单位mW/cm²；

t是时间，单位为秒，其中t＝0表示微粒进入紫外线消毒处理的时刻，t＝t_r表示微粒离开紫外线消毒处理的时刻。

实际微粒经过反应器的路径可通过使用诸如激光多普勒风速测定法、热线风速测定法和微粒图象测速法等技术“直接测量”。或者该路径可通过使用“数值/计算技术”来预测，典型地称之为计算流体动力学(CFD)。本领域技术人员清楚CFD技术允许给实际微粒赋予物理特性，这样就能模拟作用在微粒上的诸如重力之类的外力的影响。

利用这些方法，典型情况下实际微粒的路径将用空间一时间坐标系(x，y，z，t)进行确定，其中x，y和z确定一个空间的三维坐标***，而t表示时间。本领域技术人员知道可以使用径向或者极坐标系，并且考虑到对称性，允许由一维或二维空间坐标系表示通过紫外线消毒处理的实际微粒的路径，而不是使用三维坐标表示。

假定通过紫外线消毒处理的实际微粒的路径能够用连续的空间—时间坐标典型地表示，那么辐射给每个微粒的剂量可以使用求和符号写成：

$D_i=\underset{j=1}{\overset{j=k_i}{\mathrm{\Σ}}}\frac{(I(x_{j+1},y_{j+1},z_{j+1})+I(x_j,y_j,z_j))}{2}(t_{j+1}-t_j)$

其中第i个经过紫外线消毒处理的微粒的路径由k_i系列空间—时间坐标表示。

紫外线消毒处理中位置(x，y，z)处的紫外线强度可以使用标准光学技术计算出来，该技术或者使用径向强度模型，在如下文献中有描述：

C.N.Haas和G.P.Sakellaropoulos(1979)，“紫外线消毒示性分析”，环境工程国家会议，ASCE专业会议，旧金山，CA，7月9—11日，540—547页；

或者使用点源求和，在下文中有描述：

S.M.Jacob和J.S.Dranoff(1970)，“在完全混合的光反应器中的光线强度设置集”，AIChE杂志，16卷，第3期，359—363页；

或者使用修改为包括折射效应的点源求和，如：

J.R.Bolton(1999)，“在使用宽带介质—压力水银紫外线灯的环状紫外线消毒反应器中计算紫外线通量速度分布时折射和反射的重要性”。

本领域技术人员清楚，可为紫外线消毒处理定义多个强度模型，而且每个模型可以按照被处理水的紫外线吸收特性和紫外线反应器的构造，提供一个合理的紫外线强度预测结果。强度模型的合理性可以通过测量紫外线强度来验证，测定时使用辐射计、辐射测量术、或者其它人们知道的紫外线测量方法。

在本发明的使用多个紫外线灯进行紫外线消毒处理的一个优选实施例中，每个以全部功率工作的紫外线灯辐射到实际微粒上的剂量可以计算出来并存入数据库。因此，如果紫外线消毒处理使用“L”个紫外线灯，对于每个实际微粒来说，数据库包括1号紫外线灯、2号紫外线灯等等一直到第L个紫外线灯辐射到那个微粒上的数据。在一种可能的数据库表示中，3个灯的反应器信息可按表1的结构存放。

        表1

 

流速(GPM)	紫外线透射率(％)	灯序号	微粒序号	剂量(mJ/cm<sup>2</sup>)
					500	95	1	1	5
500	95	1	2	6
					500	95	1	3	8
500	95	1	4	2
					500	95	1	5	4
500	95	2	1	4
					500	95	2	2	5
500	95	2	3	7
					500	95	2	4	9
500	95	2	5	8
					500	95	3	1	8
500	95	3	2	7
					500	95	3	3	4
500	95	3	4	4
					500	95	3	5	5

本领域技术人员知道每个微粒通过紫外线消毒处理时的路径将取决于水的流速以及其它特性。数据库可包括通过消毒处理的许多流速的剂量数据，以及多个水的特性。然而，在本发明的一种优选实施例中，只有有限的流动状态存储在数据库中，而关于其它状态的剂量值通过对存储数据的转换而获得。例如，辐射到实际微粒上的剂量在x流速方向的量可从y流速方向上的量乘以流速y与流速x的比例计算出来。

本领域技术人员还知道，每个实际微粒经过紫外线消毒处理时所经受的强度，将取决于被处理水的紫外线透射率。数据库可包括多个紫外线透射率值的剂量数据。然而，在本发明的一个优选实施例中，给定灯按给定的流速辐射到每个实际微粒上的剂量作为紫外线透射率的函数可存储在数据库中。例如，给定灯按给定的流速辐射到每个实际微粒上的剂量，可描述为紫外线透射率从30～99％的范围内的5阶多项式函数。在这种情况下，数据库只需包括与多项式函数相关的5个系数，以描述紫外线透射率范围内的剂量。

本领域技术人员将进一步知道紫外线灯可在不同的功率等级上工作，因而受诸如灯的寿命和灯套管的污垢等因素的影响，不同灯之间的紫外线输出可能会有所变化。在本发明的一种示例中，某个给定灯辐射到每个实际微粒上的剂量，可能由灯本身电源设置缩放。在另一种示例中，辐射到每个实际微粒上的剂量由一个比例值缩放，该比例为使用标准紫外线传感器测量的紫外线强度和使用适当的紫外线强度模型计算出的该传感器的紫外线强度的比例，或者和从使用新灯、无污垢的套管以及无污传感器检测窗口测得的传感器结果预测得到的紫外线强度的比例。

第i个实际微粒经过紫外线消毒处理所经受的纯剂量，可通过将反应器内每个灯辐射到该微粒的剂量加起来计算出来。在一种优选示例中，每个微粒的纯剂量可由此计算：

${\left(\mathrm{Net\; Dose}\right)}_i=\frac{Q_{\mathrm{CFD}}}{Q}\underset{n=1}{\overset{n=L}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Dose}}_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{UVT}\right)f_n$

其中：

Q_CFD是与存储在数据库中的实际微粒轨迹的空间—时间坐标系相关的流速；

Q是经过紫外线消毒处理的实际流速；

Dose_in(UVT)是在UVT(紫外线透射率)为某个紫外线透射率值时第n个灯辐射到第i个实际微粒上的剂量；

f_n是第n个灯的缩放因子，说明表示污垢多少或灯的寿命的灯的电源设置和传感器的测量值。

为了预测紫外线消毒处理的辐射剂量，应当对辐射到多个微粒上的剂量进行计算。微粒的路径应当从紫外线消毒处理上游的管道入口开始。管道入口内的实际微粒开始位置应当在反应器足够上游的地方，这样紫外线消毒处理辐射到微粒上的剂量不会受更上游位置移动的明显影响。在本发明的一种优选应用中，实际微粒的开始位置在垂直于体积流量的平面内，并且在该平面内均匀分布。本领域技术人员将认识到紫外线消毒处理的管道入口可在每次安装中位置不一样。由于管道入口的构造将对实际微粒经过紫外线消毒处理的路径有影响，本发明的一个优点是能够估计对紫外线消毒处理的执行有影响的现场特殊考虑。

在本发明的典型应用中，确定辐射剂量大于250实际微粒。本领域技术人员将认识到没有两个微粒会沿同一路径通过紫外线消毒处理过程。因此，辐射到紫外线反应器的剂量可代表一种剂量直方图。进一步，剂量直方图可使用一种可能性分布进行建模，这可和处理动力学联合起来预测紫外线消毒处理的纯影响。

紫外线消毒处理的纯执行性能可通过对辐射到每个微粒的纯剂量影响进行求和而计算出来。剂量的影响可使用由标准实验室实验确定的动力学方程来描述。在使用紫外线消毒的情况下，对于特定微生物的紫外线失活动力学，可通过将这些微生物的搅动悬浮液暴露在紫外线强度已知的紫外线灯光的准直射束之下来确定。根据不同的暴露时间，使用不同的剂量。失活动力学可通过绘制作为辐射剂量的函数获得的失活的图形来得到。将失活作为剂量的函数来绘制可使用一阶动力学建模：

N/N₀＝exp(-k Dose)

其中：

N₀为暴露在紫外线下之前存活微生物的浓度；

N₀为暴露在紫外线下之后存活微生物的浓度；

k是微生物的一阶失活常数。

本领域技术人员将会认识到微生物失活动力学不总是依照一阶动力学。在那些情况下，一系列事件模型，一个双指数模型或者其它一些传统函数更适合用来描述失活和剂量之间的关系。

给定一个函数g(剂量)来描述微生物失活动力学，反应器的纯执行情况可用下式计算：

$N/N_0=\underset{i=1}{\overset{i=m}{\mathrm{\Σ}}}g\left({\left(\mathrm{Net\; Dose}\right)}_i\right)/m$

其中：m为所考虑的经过紫外线处理过程的实际微粒的总数。

反应器的纯执行情况可以使用失活动力学通过求解下式与剂量等效值发生关联：

$g\left(\mathrm{Dose\; Equivalent}\right)=\underset{i=1}{\overset{i=m}{\mathrm{\Σ}}}g\left({\left(\mathrm{Net\; Dose}\right)}_i\right)/m$

在一阶动力学的情况下，这些方程可以写作：

$N/N_0=\underset{i=1}{\overset{i=m}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(k{\left(\mathrm{Net\; Dose}\right)}_i\right)/m$

和：

$\mathrm{Dose\; Equivalent}=-\ln (\underset{i=1}{\overset{i=m}{\mathrm{\Σ}}}\exp \left(k{\left(\mathrm{Net\; Dose}\right)}_i\right)/m)/k$

尽管参考优选实施例和特定图例对本发明进行了描述，当然本领域技术人员应当理解，对于这些优选实施例和图例的各种修改都不会偏离本发明的实质和精神。

这里所参考的所有的出版物、专利和专利申请都整体并入本文以作参考，在相同程度上，就象每个单独的出版物、专利或者专利申请都专门、分别表示整个作为参考并入本发明。

Claims (61)

1.一种在处理过程中预测一种液体的至少一个液体流动参数的在线设备，处理包括具有一个有界的流动区域的液体流动，该区域形成一个预定的方阵，该设备包括一台计算机，该计算机具有：

(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括方阵中多个节点或微粒路径的位置信息；

(ii)从处理过程接收输入数据的装置；

(iii)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数的装置；和

(iv)在输入数据与数据库不关联时调整数据库的装置。

2.权利要求1所述的设备，其特征在于，数据库独立产生，并在存储器中存储至少一种预定流动状态。

3.权利要求2所述的设备，其特征在于，数据库使用拉各朗日型微粒轨迹路径独立产生。

4.权利要求2所述的设备，其特征在于，数据库使用欧拉型标量对流扩散路径独立产生。

5.权利要求1所述的设备，其特征在于，数据库通过计算流体动力学在线产生。

6.权利要求1所述的设备，其特征在于，方阵包括一维节点阵列。

7.权利要求1所述的设备，其特征在于，方阵包括二维节点阵列。

8.权利要求1所述的设备，其特征在于，方阵包括三维节点阵列。

9.权利要求1—8中任一项所述的设备，其特征在于，处理过程包括辐射流体处理过程。

10.权利要求9所述的设备，其特征在于，至少一个液体流动参数包括辐射剂量。

11.权利要求1—8中任一项所述的设备，其特征在于，处理过程包括化学处理。

12.权利要求11所述的设备，其特征在于，至少一个液体流动参数包括处理过程中的至少一种化学药品的浓度。

13.权利要求1—8中任一项所述的设备，其特征在于，处理包括生物处理。

14.权利要求13所述的设备，其特征在于，至少一个液体流动参数包括生物处理过程中一种有机物的存活性。

15.权利要求1—8中任一项所述的设备，其特征在于，有界的流动区域包括一个开放反应器，处理过程在该反应器中进行。

16.权利要求15所述的设备，其特征在于，开放反应器包括一个液体流动的通道。

17.权利要求1—8中任一项所述的设备，其特征在于，有界的流动区域包括一个封闭反应器，处理过程在该反应器中进行。

18.权利要求17所述的设备，其特征在于，封闭反应器包括包含液体的通道。

19.权利要求1—8、10、12、14、16和18中任一项所述的设备，进一步包括至少一个液体流动参数的计算值的表示装置。

20.权利要求19所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个可见指示器。

21.权利要求19所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个显示器。

22.权利要求19所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个彩色指示器。

23.权利要求19所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个音响指示器。

24.权利要求19所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个可见指示器和一个音响指示器。

25.权利要求1—8、10、12、14、16、18和20—24中任一项所述的设备，进一步包括根据至少一个液体流动参数的计算值控制处理的装置。

26.权利要求25所述的设备，其特征在于，控制装置包括将至少一个液体流动参数的计算值和至少一个液体流动参数的预定阈值进行比较的装置。

27.权利要求1—8、10、12、14、16、18、20—24和26中任一项所述的设备，其特征在于，从处理过程接收输入数据的装置包括一个键盘。

28.权利要求1—8、10、12、14、16、18、20—24和26中任一项所述的设备，其特征在于，从处理过程接收输入数据的装置包括一个电子控制器。

29.权利要求1—8、10、12、14、16、18、20—24和26中任一项所述的设备，其特征在于，计算机安装在第一位置，处理工序位于相对第一位置较远的第二位置。

30.权利要求29所述的设备，其特征在于，计算机进一步包括一个远程通信链路链接，允许在第一位置和第二位置之间进行通信。

31.一种在线设备，用来预测处理过程中的一种液体的至少一个液体流动参数，处理过程包括具有一个流动区域的液体流动，在所述流动区域处形成一个预定部分，液体在这部分内流动，该设备包括一台计算机，计算机具有：

(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括在预定部分内关于多个节点和微粒路径的信息；

(ii)从处理过程接收输入数据的装置；

(iii)由数据库和输入数据计算至少一个液体流动参数的装置；和

(iv)在输入数据与数据库不关联时调整数据库的装置。

32.权利要求31所述的设备，其特征在于，数据库独立产生，并在存储器中存储至少一种预定流动状态。

33.权利要求32所述的设备，其特征在于，数据库使用拉各朗日型微粒轨迹路径独立产生。

34.权利要求32所述的设备，其特征在于，数据库使用欧拉型标量对流扩散路径独立产生。

35.权利要求31所述的设备，其特征在于，数据库通过计算流体动力学在线产生。

36.权利要求31所述的设备，其特征在于，预定部分包括一维节点阵列。

37.权利要求31所述的设备，其特征在于，预定部分包括二维节点阵列。

38.权利要求31所述的设备，其特征在于，预定部分包括三维节点阵列。

39.权利要求31—38中任一项所述的设备，其特征在于，处理过程包括辐射流体处理过程。

40.权利要求39所述的设备，其特征在于，至少一个液体流动参数包括辐射剂量。

41.权利要求31-38中任一项所述的设备，其特征在于，处理过程包括化学处理。

42.权利要求41所述的设备，其特征在于，至少一个液体流动参数包括处理过程中的至少一种化学药品的浓度。

43.权利要求31-38中任一项所述的设备，其特征在于，处理包括生物处理。

44.权利要求43所述的设备，其特征在于，至少一个液体流动参数包括生物处理过程中一种有机物的存活性。

45.权利要求31所述的设备，其特征在于，流动区域包括一个开放反应器，处理过程在该反应器中进行。

46.权利要求45所述的设备，其特征在于，开放反应器包括一个液体流动的通道。

47.权利要求31所述的设备，其特征在于，流动区域包括一个封闭反应器，处理过程在该反应器中进行。

48.权利要求47所述的设备，其特征在于，封闭反应器包括包含液体的通路。

49.权利要求31-38、40、42和44—48中任一项所述的设备，进一步包括至少一个液体流动参数的计算值的表示装置。

50.权利要求49所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个可见指示器。

51.权利要求49所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个显示器。

52.权利要求49所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个彩色指示器。

53.权利要求49所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个音响指示器。

54.权利要求49所述的设备，其特征在于，表示装置包括一个可见指示器和一个音响指示器。

55.权利要求31-38、40、42、44-48和50-54中任一项所述的设备，进一步包括根据至少一个液体流动参数的计算值控制处理的装置。

56.权利要求55所述的设备，其特征在于，控制装置包括将至少一个液体流动参数的计算值和至少一个液体流动参数的预定阈值进行比较的装置。

57.权利要求31-38、40、42、44-48、50-54和56中任一项所述的设备，其特征在于，从处理过程接收输入数据的装置包括一个键盘。

58.权利要求31-38、40、42、44-48、50-54和56中任一项所述的设备，其特征在于，从处理过程接收输入数据的装置包括一个电子控制器。

59.权利要求31-38、40、42、44-48、50-54和56中任一项所述的设备，其特征在于，计算机安装在第一位置，处理工序位于相对第一位置较远的第二位置。

60.权利要求59所述的设备，其特征在于，计算机进一步包括一个远程通信链路链接，允许在第一位置和第二位置之间进行通信。

61.一种紫外线放射量在线测定器装置，用来在紫外线消毒过程中，对于一种给定的微生物，预测其生物测定的等效剂量，紫外线消毒过程包括具有一个流动区域的液体流动，液体在该区域中流动，该设备包括一台计算机，计算机具有：

(i)一个接收数据库的存储器，数据库包括关于经过流动区域的多个液体路径的相关剂量信息；

(ii)从处理过程接收输入数据的装置，输入数据选自液体的紫外线透射率、液体的流速和流动区域的强度范围；以及

(iii)由数据库和输入数据计算给定微生物的生物测定等效剂量的装置。