流体在搅拌反应器内混合时,搅拌桨获得的能量主要用于流体旋转、内部传递和消耗在流体混合噪声中。选择合适的搅拌桨类型,降低流体混合噪声,提高能量利用率,能够强化流体混合行为。采用实验分析与数值模拟相结合的方法,研究了刚柔组合桨在流体混合过程中的流固耦合运动与节能降噪行为,对比分析内部流体流动情况和噪声变化情况,具体研究结果如下:(1)刚柔组合搅拌桨通过自身波动的运动方式,增加了桨叶与流体之间的相互作用力,使能量在搅拌槽内的分布更加均匀,强化了流体的混合行为。刚柔组合桨提高了流体的轴向运动,使流体更好地从底部流动至顶部,从而促进整个槽子流体的充分混合。(2)当转速为210 rpm时,在刚柔组合桨作用下,位于桨叶上方区域和槽内底部流体的湍动强度增加更明显,此外流体的湍动能分布更为均匀,有利于桨叶尖端处能量的耗散。刚柔组合桨可以更有效地把能量从桨叶尖端传递至整个流体中,减少搅拌槽内的“死区”范围,有助于流体混合过程中能量的高效利用。(3)实验运用宏观不稳定频率反应流体微观运动复杂程度,流场可视化技术反应流体宏观混合效果。当转速N为90rpm时,刚柔组合桨搅拌反应器内的宏观不稳定性频率比刚性桨高50.5%,混合时间缩短了46.5%。(4)搅拌槽和搅拌器是噪声的主要源头,同时搅拌器的噪声分布呈以搅拌轴为中心的中心对称状态,并从搅拌轴到搅拌槽,噪声呈衰减趋势。在同一信号位置处,条件相同时,刚柔组合桨的不同频率所对应声压级都要低于刚性桨。在流体混合时,组合桨可提高能量的利用率,使得用于噪声消耗的能量较少,导致刚-柔组合桨在搅拌过程中可将流体噪声降低,使刚柔组合桨达到降噪效果。(5)模拟与实验结果均表明,相比传统刚性桨搅拌反应器,刚柔组合桨搅拌反应器确实能达到节能降噪的效果。