气液两相搅拌反应器由于操作简便,适用性强,广泛应用于化工、冶金、生物、发酵、食品等行业。氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对促进气液两相搅拌反应器的工业化应用有着重要的意义。本文提出了一种半弧面新型斜叶桨(HCP),在中试规模搅拌槽中进行了实验研究,结合CFD模拟研究了其流体力学和氧传质性能,并优化了半弧面新型斜叶桨的结构。首先,实验研究了气体分布器、搅拌转速、气体流量对半弧面新型斜叶桨的氧传质系数、搅拌功耗、以及整体气含率的影响。结果表明随着搅拌转速、气体流量的增加,实验所研究的四种结构(HCP1-0.5mm、HCP1-10mm、HCP2-0.5mm、HCP2-10mm)的整体气含率和氧传质系数增加;搅拌功耗随着转速的增加而增加,随着气体流量的增加而减小。结合单位体积功耗和表观气速,建立了氧传质系数和整体气含率的经验公式。其次,采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对HCP桨叶进行了CFD数值模拟研究,并将模拟得到的整体气含率、搅拌功耗、氧传质系数与实验结果相验证;为研究这一半弧面新型斜叶桨提供一种可靠的数值模拟方法。结果表明,整体平均气泡直径随搅拌转速的增加及气体流量的减少而逐渐减小;在相同转速和气量下,HCP1-0.5mm、HCP2-0.5mm、HCP2-10mm的整体平均气泡直径逐渐降低。最后,通过CFD模拟进一步优化HCP桨叶结构。结果表明切割方式和桨叶在竖直方向上的投影面积对氧传质效率都有重要的影响,对于同一切割方式,氧传质效率随着桨叶在竖直方向上的投影面积的减小而增加;并得到了氧传质效率最高的桨叶结构:GEO6。