KR机械搅拌法是铁水预处理中非常有效并且重要的脱硫方法之一,提高KR机械搅拌法的脱硫效率已经成为钢铁行业及相关研究者所关注的问题。本文从多相流传输动力学的角度,采用数值模拟与水模试验的研究方法,对KR机械搅拌中的轻浮颗粒混合性能进行了研究。本文数值模拟中,采用VOF多相流模型捕捉自由液面形态,以DPM离散相模型模拟颗粒混合状态。水模试验用来测量临界转速并对数值模拟准确性进行验证。本文首先以扭转的KR机械十字型搅拌桨为研究对象,对轻浮颗粒混合下拉机制进行了研究。通过水模试验的方法对轻浮颗粒的临界下拉转速进行了确定,再通过数值模拟的方法,参考船舶敞水计算流场分析方法,对临界转速下的流场循环进行了分析。通过对液面处,轴向循环、湍动能和大尺度涡三种机制量化的分析比较,明确了各种搅拌罐、搅拌桨旋向、浸深中,各下拉机制的作用强度。接着,本文以PBT桨为研究对象,采用数值模拟的方法,对轻浮颗粒的分散评价指标进行了研究。以标准差公式为基础,提出了适用于拉格朗日模型颗粒模拟的分散度计算方法。参考船舶中敞水性能曲线,从颗粒分散以及功率消耗两个角度,提出了适用于搅拌过程的混合特性曲线。并研究了对不同时间、不同转速和不同浸深下,混合特性曲线的适用性。最后,以KR机械搅拌中常用的十字型搅拌头为研究对象,从结构参数和物性参数两个方面,对混合特性曲线在KR机械搅拌中的适用性进行了研究。其中结构参数包括:浸深、罐径比、桨叶数和挡板,均采用水模试验的方法进行研究;物性参数是液体粘度,采用数值模拟的方法进行研究。通过从颗粒分散情况以及功率消耗情况的分析,发现混合特性曲线在KR机械搅拌中有较好的适用性并能够对搅拌性能进行分析。本文研究中提出的分散度曲线对离散型颗粒模拟有较好的适用性,提出的混合特性曲线以及轻浮颗粒下拉机制方面的研究,有助于系统性地提高轻浮颗粒的混合性能并为KR机械搅拌优化设计提供理论依据。