搅拌混合在工业生产中往往是最必不可少的环节,常用于冶金、化工、制药等领域。搅拌混合的目的是为了尽快达到物料体系的混合均匀性,进而促进反应的进行。因此,如何获得气液搅拌混合体系的均匀性有效量化,进一步提高搅拌效率,对于搅拌反应器的设计优化以及节能降耗具有重要的意义。传统的高速摄像机拍摄技术由于拍摄反光等因素仅能获取混合过程气泡重叠后的图像,亟需一种多相流可视化的方法对冶金过程内部流动混合状态进行研究并探索。电容层析成像技术由于其具有非辐射、非侵入、速度快等特点,可以实时采集混合过程内部相分布图,使得电容层析成像系统(ECT)具有冶金工业应用潜力。本文围绕搅拌反应器内气液混合效果的评价,运用计算分形维数、数字图像处理技术以及统计学理论,对搅拌反应器内气液混合效果的评价方法及应用开展了比较系统的研究。内容主要涉及气液搅拌混合实验的设计、气液混合效果的logistics评价方法及其模型研究、气液混合效果的定性分析和定量分析。本文对搅拌混合效果评价的基本理论进行了综述。搭建了基于电容层析成像系统的顶吹气液搅拌混合实验台,目的在于阐述并提出一种简单的气液混合效果的logistics模型评价新方法,该方法可以同时实现最短混匀时间的测定和气泡生长不同阶段的测定。通过实验研究不同的顶吹喷枪流量、喷枪插入深度和喷枪数量对混合效果的影响,结果表明:基于分形维数的logistics曲线随着时间的演化趋势呈S型增长,其拐点处对应的混合时间即为最短混匀时间,混匀时间越小,气液两相混合效果越好;随着喷吹流量和喷枪插入深度的不断增大,其最短混匀时间大致呈减小趋势,实验结果表明最佳工况的喷吹流量为Q=0.65 L/h、喷枪插入深度为L=4 cm,其对应的混匀时间最小;采用双喷枪喷吹方式,随着时间的演化,Logistics曲线的平台期拐点所对应的最短混匀时间并不是随着喷吹流量的增大而减小,反而喷吹流量过大会使混合效果得到适得其反的作用。同时引入欧拉示性数表征了气液混合过程中气泡拓扑不变量演化规律。其次,对气液混合效果的定性特征进行了分析。研究了混合效果的统计学规律,通过获取不同搅拌条件下电容值时间序列柱状图,结果发现不同实验工况电容值都近似符合正态分布;为了清晰的描述正态分布拟合的准确性,计算其概率分布图,根据曲线拟合程度来判断混合效果的好坏。实验证明越好的混合效果其概率分布函数中拟合曲线的拟合程度越好。