ICS 47.020.99 GB CCSU47 中华人民共和国国家标准 GB/T 45486—2025/ISO 23152:2021 船舶与海上技术 压载水管理系统（BWMS） 紫外反应器的比例缩放数值模拟与计算 Ships and marine technology-Ballast water management systems (BWMS)- Computational physical modelling and calculations on scaling of UV reactors （ISO23152:2021,IDT) 2025-03-28发布 2025-10-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T45486—2025/ISO23152:2021 目 次 前言 I 1 范围 2规范性引用文件 术语和定义 3 4总体要求 4.1 一般要求 4.2建模最佳实践 5建模和计算 5.1 一般要求 几何模型 5.2 5.3 流模型 5.4 辐射模型 5.5 紫外线剂量的计算 5.6 比例缩放程序 6 比例缩放衡准· 10 附录A（资料性） RED计算 11 A.1背景 A.2 等效还原剂量 11 附录B（规范性） 使用实证数据验证模型 13 B.1 一般要求 13 B.2 模型功能确认· 13 B.3 实证试验数据· 13 B.4 实证数据验证， 13 B.5 比例缩放性能预测可接受的合理性证明 14 B.6 附加的验证准则 参考文献 15 GB/T45486—2025/ISO23152:2021 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 本文件等同采用ISO23152：2021《船舶与海上技术 压载水管理系统（BWMS）紫外反应器的比例 缩放数值模拟与计算》。 本文件做了下列最小限度的编辑性改动： 增加了额定处理能力的单位表述（见3.28）。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国船用机械标准化技术委员会（SAC/TC137)提出并归口。 本文件起草单位：九江精密测试技术研究所、中国船舶集团有限公司综合技术经济研究院、江苏航 运职业技术学院、威海中远海运重工科技有限公司、集美大学、招商局金陵船舶（威海）有限公司、常州光 太电子科技有限公司、深圳市嘉力电气技术有限公司、广电计量检测集团股份有限公司、重庆瑞朗电气 有限公司、青岛海上综合试验场有限公司、福建船政交通职业学院。 本文件主要起草人：董桃云、余江华、刘盛、魏华兴、安亮、王琪、季禹、王建、李升杰、詹世杰、张卫东、 吴德烽、商成刚、马维峰、刘应权、许红燕、姜海峰、李欢、明志茂、赵可沦、王俭、陈红雨、王勋龙、侯佳宜、 翁国玲。 GB/T45486—2025/ISO23152:2021 船舶与海上技术压载水管理系统（BWMS） 紫外反应器的比例缩放数值模拟与计算 1范围 本文件规定了为紫外法压载水管理系统(UVBWMS)设计的紫外(UV)反应器的计算建模的方法 计算建模用于计算紫外线等效还原剂量（RED)，并将比例缩放后的反应器的计算RED与基本反应器 的RED进行比较。RED由使用给定微生物的剂量响应予以确定。 注：国际海事组织(IMO)要求验证计算模型。 使用计算模型模拟物理紫外反应器需要对模型进行确认（即模型按预期运行并反映正确的物理约 束条件)和验证（即输出结果与实证数据一致）。根据本文件开发的模型旨在验证模拟但未经测试的缩 放紫外反应器的性能，其中该模拟已基于产品线内基本模型紫外反应器的测试数据得到验证。由于完 整的UVBWMS通常包括其他处理装置，例如过滤器，本文件不考虑外部子系统性能变化对整个 BWMS的影响。 2规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件。 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 美国模式培养物集存库 Americantypeculturecollection;ATCC 用于研究的细胞系和培养微生物的存储库。 3.2 基本模型 basemodel BWMS规则中所定义的已经成功完成陆上测试的紫外法压载水管理系统（UVBWMS）（3.30） 模型。 注：基本模型通常具有低范围的TRC(3.28)。 3.3 基本反应器 base reactor 基本模型（3.2)的紫外反应器（3.41）。 3.4 生物剂量测定 biodosimetry 以生物反应代表紫外线剂量（3.34)进行测量。 3.5 计算流体动力学 computationalfluiddynamics;CFD 用于解决和分析涉及流体流动问题的数值方法和算法。 1 GB/T45486—2025/ISO23152:2021 3.6 分离涡模拟 detachededdysimulation;DES 使用RANS建模（3.23)解决小长度尺度的计算模拟，以数值方式解决Navier-Stokes方程（3.17）。 3.7 离散方向建模 discreteordinatesmodelling DO建模DOmodelling 通过离散化体积域和方向向量，开发和使用数学模型数值求解辐射传输方程（3.18）。 3.8 直接数值模拟 directnumerical simulation;DNS 在所有长度尺度上数值求解Navier-Stokes方程(3.17)的计算模拟。 3.9 发射光谱 emission spectrum 灯泡在不同波长处发射的相对功率。 3.10 杀菌波段 germicidal range 在水中导致微生物失活的紫外线波长范围（200nm～300nm）。 3.11 大涡模拟 largeeddysimulation;LES 不包含小长度尺度，用于数值求解Navier-Stokes方程（3.17)的计算模拟。 3.12 低压紫外线灯 lowpressureUVlamp;LP 没有荧光粉涂层，在运行过程中蒸汽的分压不超过100Pa，主要产生253.7nm的紫外线辐射的水 银蒸汽型放电灯。 3.13 中压紫外线灯 mediumpressure UV lamp;MP 具有介于200nm～400nm之间的多色发射光谱（3.9)的中压汞弧灯。 3.14 模型确认 model validation 独立于校准用数据集，将校准模型的输出结果与测量数据进行比较。 注：通常情况下，不同比例缩放的模型输出结果与实际通过试验的实证结果进行比较，以确定预测准确性是否符合 设计要求。 3.15 模型验证 model verification 确认模型基于设计规范和假设正确实施的过程。 注：验证通常确保分析逻辑符合模型设计，检查模型参数在可接受范围内是否合理输出，模型能否无差错运行。 3.16 MS2噬菌体MS2phage ATCC15597-B1 无病原性噬菌体。 注：MS2噬菌体通常用作紫外反应器（3.41)生物剂量测定(3.4)中的挑战性微生物。 3.17 Navier-Stokes方程Navier-Stokesequations 从描述黏性流体物质的运动守恒方程导出的方程。 2 GB/T45486—2025/ISO23152:2021 3.18 辐射传输方程radiativetransferequation 描述吸收、发射和散射介质中光谱亮度在路径上变化的数学关系。 注：求解此方程取决于介质的辐射特性：光谱消光系数、光谱反照率和光谱相位函数，以及热和光学边界条件。 3.19 等效还原剂量 reduction equivalent dose;RED 通过使用与反应器测试中相同紫外线光谱输出的准直光束进行UV处理后的对数还原，输人到通 过准直光束测试得出的紫外线剂量-响应（3.36）曲线中，或通过在CFD(3.5)建模中计算得出的剂量分 布与微生物的紫外线敏感性（剂量响应)相结合计算得出的紫外线剂量（3.34）。 注：RED值始终限定于试验测试中使用的挑战性微生物和全尺寸反应器测试的验证测试条件。 3.20 停留时间residencetime 粒子在紫外反应器（3.41)处理过程的边界范围内停留的，且随流速和路径而变化的时间周期。 3.21 停留时间分布residencetimedistribution；RTD 微生物在流过紫外反应器（3.41)中停留时间（3.20)的概率分布。 注：停留时间分布通常以直方图形式显示。 3.22 雷诺平均Navier-Stokes方程Reynolds-averagedNavier-stokesequations RANS方程RANSequations 从Navier-Stokes方程（3.17)导出的，主要用于描述湍流的流体流动时间平均运动方程。 3.23 雷诺平均Navier-Stokes建模Reynolds-averagedNavier-stokesmodelling RANS建模RANSmodelling 通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程（3.22)在所有长度尺度上进行的瑞流建模（3.29）。 3.24 比例缩放模型 scaled model 基于基本模型（3.2），经调整以适应更高或更低TRC(3.28)的UVBWMS(3.30)模型。 3.25 比例缩放反应器 scaled reactor 比例缩放模型（3.24)中的紫外反应器（3.41）。 3.26 光谱输出 spectraloutput 紫外灯发射的波长和相对强度的分布。 3.27 Tetraselmis sp. 四藻 ATCC50244 常用的海洋光鞭毛虫，用作代