固-液悬浮操作广泛的应用于日常生活和工业生产中,搅拌槽内上浮颗粒的悬浮在食品加工技术、聚合、发酵和废水处理等多个单元操作过程中应用较为普遍。在以往的研究中关于上浮颗粒临界下拉机理的研究并不多见,而且对于上浮颗粒体系的固-液混合研究主要集中于小粒径颗粒的两相混合,对于大粒径颗粒以及固-液流场中颗粒的相关解析研究还未获得理想效果。为了进一步提高针对于上浮颗粒体系颗粒临界下拉运动行为和机理的相关认识,本文利用PIV(Particle Image Velocimetry)粒子图像测试技术和CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟对搅拌槽内低雷诺数下的大粒径颗粒的流体力学特性和颗粒运动行为进行研究。本文将一定配比的蔗糖-氯化钠溶液和9.6 mm有机玻璃球型颗粒进行折射率匹配,配合二维PIV测试技术,在上浮颗粒临界下拉条件和完全下拉条件下研究了颗粒体积分数(?)=0 vol.%到(?)=8 vol.%的搅拌槽内流体流动特性,对于流体速度和颗粒特性作了相关深入研究。采用PIV测试技术与CFD数值模拟相结合的方法,得到层流条件下颗粒的下拉机理:流体在液面附近的切向速度以及颗粒与颗粒间的碰撞是导致上浮颗粒临界下拉运动的主要因素,进而为复杂固-液搅拌体系内的上浮颗粒临界运动机理提供有效数据和模型支撑。本文首先对搅拌槽内上浮颗粒体系在临界下拉条件下的流体流动和颗粒悬浮特性进行了研究,从而为颗粒完全下拉条件的研究奠定基础。结合采用PIV技术与FLUENT软件中离散相模型DPM(Discrete Phase Model)和离散单元方法 DEM(Discrete Element Method Collision Model)对搅拌槽内速度场和颗粒运动特性的分析,结果表明:(1)桨叶下压式操作更容易实现上浮颗粒的临界下拉运动,桨叶离底距离越大越容易实现颗粒的临界下拉运动,上浮颗粒临界下拉转速均随着颗粒体积分数的增大而逐渐增大。(2)在相同的临界下拉转速时,多相流场与单相流场相比较,多相流场在特定位置处的径向速度衰减约为20%,轴向速度衰减约为13%。(3)不同操作条件下流体液面附近区域的切向速度要远远大于径向和轴向速度。对上浮颗粒在完全下拉条件的流场特性研究过程中同样采用PIV实验和CFD模拟相结合的方法,结果表明:(1)在颗粒体积分数逐渐增加的过程中,颗粒的存在影响了槽内流场,随着颗粒体积分数的逐渐增加,CFD模拟预测的结果与PIV实验值的吻合程度越来越高。(2)随着搅拌槽内桨叶相位拍摄角度的变化,槽内流场将随之发生改变。基于本文对于上浮颗粒群的临界下拉和完全下拉条件时在层流条件的研究,对单个上浮颗粒的临界下拉运动行为进行了实验和格子-玻尔兹曼LBM(Lattice Boltzmann Method)直接数值模拟相结合的初步探索性分析,进而为单颗粒临界下拉运动的理论研究提供了可靠方法。在对上浮颗粒体系搅拌槽内单颗粒在层流中的临界下拉运动行为的探索研究中,采用高速摄像技术对单颗粒临界下拉运动轨迹进行捕捉,同时采用LBM模拟方法对颗粒运动行为进行直接模拟预测,通过实验和模拟的初步探索结果表明:(1)桨叶操作方式为下压式,颗粒所需的下拉运动时间较短,颗粒粒径越大,颗粒到达桨叶区的时间越短。(2)通过LBM模拟的单颗粒临界下拉条件的流场分布、颗粒临界下拉运动过程以及颗粒下拉运动轨迹与实验结果吻合较好。