搅拌混合设备广泛应用于各行各业,在冶金行业中,钕铁硼酸溶搅拌式反应设备主要用于制备稀土萃取生产过程中所需要的原料液,其料液产出的效率及均匀性直接影响后续萃取分离过程的混合分离效率。设备的混合效率、混合速率等指标主要取决于内部流体的力学物理参数和流动特性,而这些流体性能特征又与桨叶结构和设备其他配置密切相关。目前,多数学者主要通过实验和数值模拟这两种方法来研究搅拌槽内的流动混合特性。相比两种方法,数值模拟因具有研发周期短,受环境影响小,成本低,能够获得更多数据等优势正被作为工业应用实验的前提研究广泛选用。本文利用CFD软件FLUENT,结合实际生产中的酸溶搅拌设备进行物理建模并采用标准k-?模型及多重参考系法对双层交错式折叶桨(两层桨叶夹角呈90°)搅拌槽内流体混合特性进行模拟。所做主要工作如下:以桨叶直径、叶片折叶角度、桨叶间层距、下桨叶离槽底高度、挡板宽度作为变量研究对象,模拟在各变量单一变化下的速度场和湍流动能变化,发现湍流动能作用范围与桨叶结构尺寸及桨叶安放位置有关,其中桨叶直径主要影响湍流动能作用范围,而折叶角度主要对湍流动能峰值强度影响较大。在各变量单一变化下,对功率与混合时间的影响进行分析。结果表明,桨叶直径增加与桨叶角度的增大会使设备所需驱动功率明显增大。此外,层距拉大也会引起功率增加,但没有直径与角度变化时对功率的影响明显。混合时间会随直径及角度增大而缩短,这种缩短效果存在着一个尺寸范围,超过这个范围将会出现“反弹”现象,即混合时间反而增加。通过计算分析搅拌槽的两个性能指标:混合准数和混合效率,发现桨叶直径、桨叶角度均存在一个较优尺寸区间,在该区间内搅拌槽的性能指标评价较好。结合单变量所选取变量因素,通过使用正交试验分析方法利用分析软件SPSS,进一步对多因素共同作用下对搅拌槽的混合特性进行研究分析,并得出在多因素共同作用下对搅拌槽性能指标影响主要因素为直径,次要因素为角度,结合正交分析结果以混合时间和单位体积混合能作为优化评价指标,对搅拌槽内的搅拌桨和挡板尺寸参数进行了优化,并通过模拟计算将改进后的搅拌槽与初始搅拌槽的各项性能指标进行对比,改进后的搅拌槽在这两项指标上均有不同程度的提高。本文研究结果对含有双层折叶桨的搅拌设备及其相类似的混合设备的研究与优化改进具有一定的指导意义,可从理论分析的角度上为其提供一些参考依据。