机械搅拌反应器广泛应用于化工、冶金等过程工业，是相关生产工艺流程的核心设备，它是通过搅拌桨的转动向搅拌槽内流体输入机械能，使流体获得适宜的流场，强化过程的传热和传质，提高生产效率和能力。合理设计搅拌桨有助于流体形成适宜的流动状态、降低搅拌功耗、提高混合效率。因而，搅拌桨结构设计与优化及对流场的调控已成为流体混合过程强化研究的热点。流体混合过程强化是在最短时间内以尽量少的能量输入，实现微尺度下低雷诺数流体的快速均匀混合。刚性搅拌桨主要通过剪切作用向周围流体传递能量，约70%的搅拌桨输入能量集中在桨叶外缘和桨叶后的尾涡处，从而在桨叶尖端附近区域形成湍流区，容易形成周期性和对称性流场结构（“死区”），降低了流体的混合效率。刚柔组合搅拌与流体形成的刚-柔-流耦合运动可诱发流体混沌混合。因此，研究刚柔组合桨强化搅拌槽内流体混沌混合行为是十分必要的。本文以自来水为介质，双层桨搅拌反应器为研究对象，利用LabView软件采集搅拌反应器内壁某点压力脉动信号，结合小波分析和Matlab软件，计算宏观不稳定性频率﹑最大Lyapunov指数和多尺度熵，研究搅拌槽流体的混沌特性；采用碘液脱色可视化实验测量其混合时间，并观察槽中混沌规则区的演变过程，结合混合时间与流场可视化技术研究其流场结构特性，为新型搅拌桨的设计和应用提供一定的基础。本文的具体研究内容如下：①实验采集搅拌槽反应器某点压力脉动信号，利用小波分析对采集的时间序列数据进行消噪处理，通过Matlab软件处理消噪后数据得到流体的宏观不稳定频率。结果表明，宏观不稳定频率与转速呈现线性增大趋势。在180rpm以下，刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率均大于刚性桨体系,在转速为180rpm时，离底距离为0.33T和0.5T的刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率分别为0.5096Hz和0.3459Hz。离底距离0.25T刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率消失，出现谱带现象。流场的多尺度结构特征更加明显，流体的混沌混合特性得到增强。②实验采集搅拌槽内壁压力脉动信号，在Matlab平台上运用Wolf法分析计算压力脉动信号时间序列的最大Lyapunov指数，对比分析刚性桨和刚柔组合桨两者分别对流体混沌混合的影响。结果表明，刚柔组合桨强化流体的运动特性，是更多流体进入混沌混合状态。在转速为210rpm时，混合达到最佳状态，刚性桨体系最大Lyapunov指数为0.041，而刚柔组合桨体系的最大Lyapunov指数为0.048。双层刚柔组合桨的柔性叶片通过自身的多体运动对流体进行扰动，使流体的混沌特性得到增强。③采集搅拌槽内壁压力脉动信号，利用Matlab软件计算压力脉动时间序列数据的多尺度熵，对比分析刚性桨和刚柔组合搅拌桨对搅拌槽内流体能量传递的影响。结果表明，刚柔组合桨在150rpm时的多尺度熵率与刚性桨在210rpm时基本相近。刚柔组合桨通过刚性部分的剪切和柔性部分与流体的波涡相互作用，使湍流区能量向低雷诺数区传递，实现能量的充分耗散，使整个槽体内能量分布更为均匀。④实验利用碘液脱色可视化实验测量流体的混合时间，观察搅拌槽中规则区和混沌混合区的演变情况，直观分析刚柔组合桨对流体混合的影响。实验结果验证了刚柔组合桨缩短了流体的混合时间，并通过自身的多体运动及形变对流场的规则区进行扰动，使规则区的大小和位置不断调整，增大了流场的混沌混合区，提高流体的混合效率。