该论文采用实验与计算流体力学（CFD）模拟相结合的方法,研究在中温条件下高固含率牛粪厌氧发酵过程。牛粪呈现非牛顿幕律流体特性。实验装置为中试规模的搅拌发酵罐,水力停留时间（HRT）为30天。采用六桨叶涡轮搅拌桨对发酵液进行混合,桨叶倾斜角为45°。实验采用非搅拌混合方式,设置了三种搅拌强度,速度分别为50、100和150rpm,旨在确定最优的搅拌强度（以最低能耗提高厌氧发酵效率）。由甲烷产量和产气率可知,搅拌强度100rpm比50rpm的产气率高,且这两个搅拌强度的产气率均高于150rpm的。与搅拌强度50rpm和100rpm的产气实验相比,150rpm时的甲烷产量分别降低了18%和21%。实验结果表明,搅拌强度为100rpm是最佳的经济转速（以千瓦时为单位的净发电量）,其次是50rpm与150rpm。CFD模拟预测的非牛顿幕律流体搅拌能耗与实验测量值一致。实验和CFD计算结果表明,最少的搅拌次数为每天一次,可以节省99%的甲烷输出产能（仅1%的甲烷输出产能用于搅拌）。通过进一步的CFD模拟优化,当搅拌强度由50rpm增加到100rpm,增幅设定为10rpm;结果表明:以甲烷产量为目标的最优搅拌强度在70rpm至80rpm之间,而且通过分析平均速度和平均速度梯度,确定70rpm为最佳转速。通过水力参数的CFD分析证明了超过临界搅拌强度对微生物活性有不利的影响。模拟结果证明CFD是模拟厌氧发酵搅拌的有用工具。研究结果表明,每个厌氧消化装置都存在一个搅拌强度的临界值,超过该临界值时增加搅拌强度是浪费能源,并且不会增加甲烷产量,反而可能减少甲烷产量。因此,在该实验条件下最佳甲烷产量的搅拌强度在50至100rpm范围内。针对每个厌氧消化方案,净能量输出是用于确定搅拌方式、搅拌强度、搅拌时间以及搅拌频率的最佳标准。当HRT从30天减少至20天时,厌氧消化过程就会不稳定,并引起了严重泡沫,难以控制,试验就会中断。在稳定的运行条件下,利用一个简单的数学模型可以预测甲烷产量;研究表明,在化学计量法中引进生物降解性因子是一种简单准确的方法,可用于模拟运行条件对甲烷产量的影响。