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Norbert B. Knieling

• Ziel der Dissertation ist es, mikrobiologische, biophysikalische, optische und fluidmechanische Ansätze von einem theoretischen Standpunkt derart zu vereinen, dass für den betreffenden Anwendungsfall mit einem durchgängigen Rechengang der optimale UV-Reaktor dimensioniert werden kann. Ein solches die Einzeldisziplinen verbindendes Modell erhält die Bezeichnung Gekoppeltes Fluidmechanisches Modell (GFM) bzw. wenn weitere Gesichtspunkte eine Rolle spielen Gekoppelte Fluidmechanische Modelle. Dieses Ziel wurde durch die Formulierung und die Aufstellung der entsprechenden Gleichungssysteme erreicht. Für diesen Zweck wurden aufbauend auf dem Erkenntnisstand der Einzeldisziplinen die adäquaten Ergebnisse und Modellansätze ausgewählt und mathematisch erprobt. Eine repräsentative Auswahl der derzeit in der Bundesrepublik Deutschland seitens der Industrie verwendeten UV-Reaktorkonstruktionen wurden untersucht und bewertet. Die im Rahmen der Arbeit entwickelten Gekoppelten Fluidmechanische Modelle (GFM) wurden unter dem Aspekt einesZiel der Dissertation ist es, mikrobiologische, biophysikalische, optische und fluidmechanische Ansätze von einem theoretischen Standpunkt derart zu vereinen, dass für den betreffenden Anwendungsfall mit einem durchgängigen Rechengang der optimale UV-Reaktor dimensioniert werden kann. Ein solches die Einzeldisziplinen verbindendes Modell erhält die Bezeichnung Gekoppeltes Fluidmechanisches Modell (GFM) bzw. wenn weitere Gesichtspunkte eine Rolle spielen Gekoppelte Fluidmechanische Modelle. Dieses Ziel wurde durch die Formulierung und die Aufstellung der entsprechenden Gleichungssysteme erreicht. Für diesen Zweck wurden aufbauend auf dem Erkenntnisstand der Einzeldisziplinen die adäquaten Ergebnisse und Modellansätze ausgewählt und mathematisch erprobt. Eine repräsentative Auswahl der derzeit in der Bundesrepublik Deutschland seitens der Industrie verwendeten UV-Reaktorkonstruktionen wurden untersucht und bewertet. Die im Rahmen der Arbeit entwickelten Gekoppelten Fluidmechanische Modelle (GFM) wurden unter dem Aspekt eines theoretischen Modellreaktors und einer konkreten technischen Anwendung (Praxisreaktor) sowie deren Erweiterung durch die Variation eines Konstruktionsparameters, in numerische Berechnungen getestet. Vorliegende meßtechnische in der Praxis des Betriebs von Schwimmbädern gewonnene Ergebnisse dienten als experimenteller Hintergrund. Der Inhalt der Arbeit ist derart aufbereitet, dass die Ansätze und Verfahrensvorschläge für die Einbindung in ein existierendes CFD-software-Paket geeignet sind oder in einer kombinierten Form genutzt und angewendet werden können (spread-sheet-Lösung). Während der Analyse wurde eine Klassifizierungsmethode entwickelt, die sich auf den technischen Details der Reaktorkonstruktionen und auf den in diesen verwendeten Plasma - Strahlungsquellen gründet.…
• From a theoretical point of view microbiological, biophysical, optical and fluiddynamical models are coupled which enables in the case of use sophisticated numerical simulations. Such a model is called Coupled Fluiddynamical Model (CFM) or Coupled Fluiddynamical Models. The scientific aim was reached by the formulation of the system of gouverning equations on the basis of the Navier-Stokes-Equations, Lambert-Beer-Equation, Henderson-Equations, Chickwatson- Relation and the Equation of Photobiological Sensibility. The Coupled Fluiddynamical Model was numericaly tested with a theoretical UV-light-reactor, type {A-1-0}, and with digital mock-ups of real UV-light-reactors, type (A-1-7) and type (A-1-7)big. The UV-light-reactors, type (A-1-7), are in use for the disinfection of potable water. Furthermore, the CFM was successfully validated by comparing the CFM-results with the results of models such as Cylindrical Wave Model and the Point-Source-Summation-Method. The results of this scientific work – Coupled Fluiddynamical Models (CFM) -From a theoretical point of view microbiological, biophysical, optical and fluiddynamical models are coupled which enables in the case of use sophisticated numerical simulations. Such a model is called Coupled Fluiddynamical Model (CFM) or Coupled Fluiddynamical Models. The scientific aim was reached by the formulation of the system of gouverning equations on the basis of the Navier-Stokes-Equations, Lambert-Beer-Equation, Henderson-Equations, Chickwatson- Relation and the Equation of Photobiological Sensibility. The Coupled Fluiddynamical Model was numericaly tested with a theoretical UV-light-reactor, type {A-1-0}, and with digital mock-ups of real UV-light-reactors, type (A-1-7) and type (A-1-7)big. The UV-light-reactors, type (A-1-7), are in use for the disinfection of potable water. Furthermore, the CFM was successfully validated by comparing the CFM-results with the results of models such as Cylindrical Wave Model and the Point-Source-Summation-Method. The results of this scientific work – Coupled Fluiddynamical Models (CFM) - should be integrated in existing CFD (Computational Fluid Dynamics)-computer-codes which already implement a Particle Tracing. Due to CFM, it is also possible to create a spread-sheet-solution on the basis of simple flow profiles in connection with a Computer-Algebra-System (MAPLE, MATHEMATICA) and Origin Professional. Many designs of UV - light - reactors which are in use in Germany are scrutinized and rated. On the basis of the details of the technological design of the reactors and of the plasma-light-sources a classification for any type of UV-light-reactors was developed.…