搅拌槽广泛应用于化工、生物、食品和制药等工业过程,其内部的流动特性对工业设计及优化具有重要影响。因此,本文用PIV技术和TRPIV技术对多种桨叶及流型下搅拌槽的流动特性进行深入研究,为优化设计提供指导和参考。在槽径为0.192 m的HEDT桨搅拌槽内,采用TRPIV(Time-resolved PIV)和PIV对搅拌槽的流场进行了测量。用db4小波对脉动速度进行了分析。本工作的首要目的是使用小波分析法将搅拌槽内周期性脉动和湍流脉动分开,将小波分析法得到的湍流动能与被广泛采用的角度解析法得到的湍流动能比较,得到较好的一致性,证明了小波分析法能够用来得到湍流动能。从连续小波变换结果分析可知搅拌槽中有不同结构的涡结构存在,随着频率的增加(尺度s减小),大尺度的涡逐级分裂成小尺度的涡。离散小波分析能将信号分解到各个尺度上,频率越低的尺度所含的能量越大。TRPIV也同样被用于CBY桨和Rushton涡轮桨搅拌槽的研究。对于CBY桨和单层Rushton涡轮桨搅拌槽,在叶轮区,功率谱密度在桨叶扫过频率f0处产生一个大峰值,2f0处也有较明显的峰值产生。然而,对于HEDT桨搅拌槽,功率谱密度只在桨叶扫过频率处产生一个大峰值,2f0处没有明显的峰值产生。在槽径为0.476 m的Rushton涡轮桨搅拌槽内,采用PIV对桨叶区的流场进行了实验研究,得到了桨叶区的平均流速和湍流动能分布,采用大涡PIV方法对湍流动能耗散率分布进行了估算。叶轮区的射流向上倾斜,两尾涡分布于射流两侧,射流的倾角和两尾涡中心间距随射流向壁面运动而变化,射流倾角先增大再减小,相位角θ=40°时达到最大值13.2°,两尾涡中心间距先减小再增大,θ=20°时达到最小值0.0387(用槽径T无因次化)；湍流动能和湍流动能耗散率峰值均位于尾涡靠近射流的区域。在槽径为0.476 m的双层Rushton涡轮桨有机玻璃搅拌槽内,采用三对桨叶直径分别为D1=0.33T，D2=0.40T和D3=0.50T的Rushton涡轮桨,用PIV技术,对多种复杂流型下桨叶的流场、平均速度、湍流动能、湍流动能耗散率和尾涡结构进行实验研究。改变桨叶之间的层间距和桨叶离底距离可以产生三种流型：平行流、合并流和分散流。结果发现：对于三种直径为0.33T，0.40T和0.50T的桨叶,保持C1=D不变,C2≥0.40T，C.2≥0.38T和C2≥0.32T情况下产生平行流；保持C1=D不变,C2≤0.38T,C2≤0.36T和C2≤0.27情况下产生合并流；保持C2=D不变,C1≤0.15T情况下产生分散流。在同一个搅拌槽中采用固定Re数计算了平行流的排量系数NQ。对三种流型产生的尾涡涡轴进行了比较。对于合并流来说,37%的能量消耗于叶轮区。采用PIV技术和荧光粒子,研究了固-液方槽体系中液相湍流特性。测得固相体积浓度从0增加到0.9%时,研究了液相在桨叶区和近壁区的流场分布。结果表明,随固相浓度增加到0.9%,液相的平均轴向速度减小,在叶轮区,其衰减幅度△v*与固相浓度Cv的关系为△v*∝Cv0.776,在近壁区,为△v*∝Cv1.474。叶轮区湍动能分布较复杂,与单相相比,颗粒体积浓度从0增加0.5%时,湍动能增强；颗粒体积浓度从0.5%增加到0.9%时,湍动能减小。对于整个搅拌槽,随固相浓度增加,平均湍动能减小,拟合平均湍动能k与固相浓度,得到其关联式为k/Utip 2∝Cv-0.073,湍流动能耗散率呈增长趋势,拟合全槽的平均耗散速率万与固相浓度的关系为ε／(D2N3)∝Cv1.113。