搅拌槽在石油化工、生物工程以及制药工程等领域有着广泛的应用。研究发现,当所处理的介质为高粘度流体或者对剪切力敏感时,流体处于低雷诺数的层流状态,槽内存在混合隔离区,影响混合效果。随着非线性理论与混沌理论的发展,人们开始利用混沌现象来消除隔离区,增强层流状态下流体的混合。研究表明,变速搅拌可以诱发混沌混合,改善混合效果,但目前对变速搅拌的研究主要集中于实验研究,数值模拟研究较少。本文采用数值模拟与实验相结合的方法对变速搅拌槽内的流场及混合特性进行研究,主要研究内容包括:建立了三叶后掠桨搅拌槽数值模型,对槽内流场特性进行数值模拟,探讨了隔离区的位置及其随雷诺数的变化规律。建立了变速搅拌槽数值模拟模型,考虑变速搅拌时的动边界问题,采用动网格方法对变速搅拌槽内的流场及混合特性进行数值模拟。通过对匀速及变速搅拌下的流场的分析比较,研究了变速搅拌对速度分布的改善情况;通过对示踪剂浓度分布、混合时间以及流体粒子轨迹的分析,说明了变速搅拌可以消除隔离区;分析了变速幅度以及速度值大小对搅拌效果的影响,并对变速搅拌槽内的混合过程进行了实验研究。数值模拟结果验证了三叶后掠式搅拌器是一种循环能力较大的径向流搅拌器,搅拌器上方速度波动较明显;匀速搅拌时,桨叶的上下方存在两个明显的混合隔离区,隔离区中心位置随着雷诺数的增加,在径向远离搅拌器,在轴向靠近搅拌器;变速搅拌时流场结构有所改善,混合隔离区很快消失,混合时间也有缩短;相同变速周期时,变速幅度越大,混合效果越好;变速幅度相同时,速度值越大,混合效果越好。模拟结果与实验结论相符。