过程工业中涉及气液两相搅拌混合的场合十分多见,通过在设备中对两相流体的搅拌使气体经历破碎、聚并等一系列过程,从而提高两相传质面积来完成工业产品的生产,因此气液两相的分散特性是过程工业中获得高质量产品和提高生产效率的重要参考指标。由于气液两相之间相互作用的复杂性,对其分散特性的研究以及定量描述仍是一项不断深入的工作,本文以在高雷诺数下水和空气为介质的研究范围内对双层搅拌槽气液两相流场及分散特性进行研究,为加深对气液两相混合过程的理解和应用提供一定理论参考。本文首先对斜四叶和六直叶圆盘涡轮桨组合的双层搅拌槽内流体进行通气搅拌实验研究,利用高速相机对实验过程中槽内宏观流场特征以及气泡运动分散过程进行拍摄。通过对图像的形态学处理,得到设定工况下的气泡处理图以及尺寸数据,为后续数值模拟气泡尺寸的设定提供了实验数据依据,同时也为对气泡的破碎聚并行为研究提供了图像信息。通过文献查证和理论分析对流体动力学软件Fluent提供的数值方法和模型进行了分析和讨论,通过数值模拟方法和文献实验数据对比的方法探究了更适用于高雷诺数下气液两相数值模拟的出口边界条件和曳力模型,并对气泡破碎聚并模型以及诱因进行了阐述。结果表明,在桨叶区Grace曳力模型和压力出口边界过高的预测了气含率值,Tomiyama模型和脱气出口边界组合模拟时的模拟结果更接近实验值。基于此研究结果,建立了双层搅拌槽的气液两相CFD-PBM耦合数值计算模型。为了验证该模型的正确性,将模拟所得不同转速下的功率值和与实验值进行对比,结合同一工况下模拟与实验的气体分散对比图像,发现模拟结果与实验数据呈现了良好的一致性,从而验证了本文建立的数值计算模型的可行性。基于建立的CFD-PBM耦合模型,对不同转速和进气速率工况下的流场、气含率以及气泡尺寸分布进行了模拟研究。结果表明,随着转速的增加搅拌槽内湍动程度加剧,桨叶泵送流体能力增强,气体扩散范围变大且加速了气泡的破碎,因而气泡平均尺寸减小;增大进气速率后,对流场结构影响不大,循环涡位置有所移动,整体气含率增加,一定程度上加速了气泡的碰撞因此气泡平均尺寸减小。通过对不同转速下以及采用Grace和Tomiyama曳力模型模拟时的剪切应力云图对比,解释了转速对于模拟结果的影响机制以及两种曳力模型的差异。通过实验图像和模拟涡量图清晰的展示了气穴的形态并对其产生和影响作了详细阐述。