光催化气体净化技术作为一种新的室内污染物控制手段,因其拥有巨大的应用前景而被认为是一种可能替代传统污染物控制手段的技术。目前该技术的实际商业化应用已处在起步阶段。光催化反应器是光催化气体净化技术的主要设备,对光催化反应器内光源辐射场、光催化反应过程和流体力学行为进行深入研究,可以为光催化反应器的结构优化设计提供理论指导。本论文分别以平板光催化反应器、环形柱状光催化反应器和蜂窝整体式光催化反应器为研究对象,采用计算流体力学方法对这三种典型的光催化反应器分别进行了系统研究,主要研究内容包含以下几个方面:首先以结构较为简单的平板光催化反应器为研究对象,模拟研究了平板光催化反应器中光催化降解过程,初步证明了采用计算流体力学方法模拟研究光催化反应过程的可行性,阐明了平板光催化反应器数值模拟的一般模型和方法,为本论文的后续研究工作奠定了基础。其次以环形柱状光催化反应器为研究对象,对于反应器内光强分布场的研究,分别考察了包含与不包含石英套管反射与折射、反应器外壁面反射对反应器内光强分布的影响。对于光催化降解反应,分别考察了反应器不同长度、不同入口流速对降解三氯乙烯的影响,并与实验值进行了比较,验证了模拟方法的可行性,进而为后续环形反应器的结构优化设计奠定基础。在上述环形光催化反应器模拟方法的基础上,研究了不同的反应器构造和设计对于反应器性能的影响。有关反应器的构造和设计主要涉及以下三方面内容:不同反应器进出口相对位置,环形宽度和引入增强流体流动扰动的单元组件(垫片)。研究表明反应器入口平行流、薄的环形宽度和增加传质增强单元组件对于环形反应器的性能均有显著提高。最后对蜂窝整体式光催化反应器进行了模拟研究。本论文提出了一种针对蜂窝光催化反应器的计算流体力学模拟方法,通过对辐射传递方程进行合理简化,并引入新的模型参数-通道壁面吸收系数-模拟蜂窝通道内的局部UV通量。随后将光辐射场模拟结果引入到反应器内甲醛的光催化降解过程模拟中,进而实现全尺度蜂窝光催化反应器内光催化过程的模拟。然后在此模拟方法的基础上,对蜂窝光催化反应器优化设计进行了系统的研究。分别研究了几个反应器无因次几何设计参数(α、β和γ)对于蜂窝结构单元侧面上的“无因次光辐照强度分布均匀性(η)”,“蜂窝通道光子吸收效率(φ)”和“蜂窝总效率(Ф=φη)”的影响。最后得出:当UV灯管长度与蜂窝单元高度近似相等时(α=1.0~1.1),蜂窝总效率(Ф)取得最大值;并归纳得出了最优的灯管到蜂窝结构单元距离(βoptimum)与灯管数目(γ)之间的数学关系式。本论文通过对不同类型光催化反应器进行系统研究,对今后开发高性能的光催化反应器有重要指导意义,同时也为光催化反应器的优化设计提供了一定的启示作用。