刘作华，杨林荣，熊黠，陶长元，王运东，程芳琴

（1 重庆大学化学化工学院，重庆400044； 2 清华大学化学工程系，北京100084； 3 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆大学，重庆400044； 4 山西大学资源与环境工程研究所，山西太原030006）

引 言

在化学工业生产过程中涉及到的流体按流体流变性质常分为牛顿流体和非牛顿流体，非牛顿流体是一种剪应力随剪切应变率不呈线性变化的流体[1]。非牛顿流体混合应用广泛，涉及湿法冶金，生物发酵，药物提取，化妆品制备，牙膏、油漆等生产[2-4]，在废水处理和沼气发电厂中也涉及非牛顿流体的混合[5]，因此研究非牛顿流体混合具有重要意义。由于这类流体的黏度随剪切速率而变化，在搅拌混合过程中对搅拌器类型及其工艺要求较为严格[6]，此过程中桨叶扫过区域表观黏度较低，远离桨叶区域表观黏度较大，因此以搅拌轴为中心，在桨叶周围形成混合较充分的区域称为洞穴[7]，而洞穴外的区域处于运动缓慢或停滞状态，混合效果相对较差。停滞区域的存在影响传质、传热、动量的传递[8]。

为了消除非牛顿流体混合过程中的洞穴效应，增加能量耗散率，提高混合效率，研究者从宏观混合[9]、微观混合[10-11]、混沌混合[12-13]对非牛顿流体混合进行研究，而在混沌混合过程中，大多通过槽体设计、动力设计、搅拌桨叶设计等来强化流体混合过程。通过桨叶设计可以对流场结构进行调控，在槽内引起流场界面失稳使流体进入局部混沌或整体混沌。……