水污染是当前国内外面临的重大环境问题之一。电子束辐照水处理是一种新型的水处理技术,为传统水处理技术难以去除的污水组分提供了新的解决方法。至今国内外对电子束辐照水处理中反应动力学的研究较为深入,但对反应器水动力特性和吸收剂量分布规律的研究相对薄弱。反应器的水动力特性和吸收剂量分布均匀性决定了辐照水处理的效率和反应器的性能。本文以处理量较大的射流式反应器为研究对象,采用理论分析、数值模型计算与试验相结合的方法,对电子束流在水流表面的密度分布特征、反应器内部水流水动力特性、反应器出流水舌水动力特性、水流的吸收剂量分布规律进行了细致而深入的研究;探讨了水流特性对吸收剂量分布均匀性、反应器消毒性能的影响。论文工作取得了以下主要成果:通过理论分析与计算研究,提出了影响电子束流在水流表面密度分布均匀性的关键无量纲物理量VT/d(水流流速V、电子束斑直径d、电子束扫描周期T);VT/d越小,电子束流在水流表面的密度分布越均匀;VT/d≤0.9时,电子束流在水流表面的密度分布可视为均匀分布。为使得反应器达到较高的处理效率,电子束下水流流速与厚度应均匀分布。采用计算流体力学方法,建立了反应器三维水动力模型,研究了反应器构型对水动力特性的影响,并据此确定最优反应器构型参数:进口管径0.2 m,水平收缩段长度0.45 m,反应器弯曲段构型贴合水流运动方向。通过试验验证了最优反应器出口水流流速与厚度分布均匀。采用计算流体力学方法,建立了考虑电子束辐照传热效应的欧拉气液两相流模型,研究了反应器出流水舌与空气掺混引起的沿程水流密度与厚度的变化规律。根据气液两相流的计算结果,采用蒙特卡罗方法,计算并提出了水流与空气掺混将引起电子在水中最佳穿透深度(质量深度ρh)减小的衰减规律。采用蒙特卡罗方法,计算了掺气水流的吸收剂量分布规律,通过研究水流对吸收剂量分布均匀性和微生物灭活率的影响,探讨了水流流速、水流宽度、水流厚度与水流掺气对反应器处理效率的影响。研究结果表明,当水流流速V≤0.9d/T时,水流流速对反应器处理效率的影响可以忽略;当水流宽度小于电子束有效辐照宽度的0.89倍时,水流宽度对反应器处理效率的影响可以忽略。