静态混合器因其设备成本低、易于维修、无需额外的能量消耗等特点已运用于工业生产中的诸多领域,成为工业技术中的常用设备。以目前燃煤电厂SCR脱硝装置为例,静态混合器用于烟气中氮氧化物与还原性气体之间的混合,但由于排放要求和场地原因等的限制,现有静态混合器无法实现短距离内均匀混合。本文借鉴自然界中树叶的仿生特性,提出了仿柳叶型静态混合器的结构及设计特点,并据此进行了相关的试验研究和数值模拟。首先根据前期的研究结果确定了仿柳叶型静态混合单元的叶片角度、最小流通面积,以及静态混合器中喷口的布置方式、喷口喷射浓度与速度,设计并制造了仿柳叶型静态混合器的物理模型,并完成了冷态速度场、浓度场试验。同时利用CFD数值模拟仿真进行了相关流场试验,并与冷态模化试验结果进行对比,结果表明,速度场与浓度场均相互吻合。其次,利用验证后的数学模型对仿柳叶型静态混合器的混合特性进行了研究,结果显示,叶片尾迹区所产生的纵向涡,加剧了低速区与高速区之间的物质混合;高低浓度区域的间隔分布增加了物质分子的扩散效率;静态混合器区域出现轴向返混现象增强了与来流之间的物质和动量交换;高湍流动能耗散率区域的存在使微观混合得到了强化,而高湍流动能区则加剧了介观混合作用。最后,将本文研究的仿树叶型静态混合器的流动与混合特性主要结果与已经市场化应用的三种混合器的相关特性进行了试验对比,结果表明,仿柳叶型静态混合器具有良好的湍流动能耗散率分布和后续混合能力,在牺牲了一定压降的情况下,有着优异的短距离混合表现。