我国化石燃料能源短缺,而燃料乙醇作为最有可能替代化石资源的可再生能源成为了研究的热点。我国陈化稻谷库存量大,发展燃料乙醇不但缓解我国能源紧张的问题,还可以消耗过多的陈化稻谷。在燃料乙醇生产工艺中,液化过程中淀粉酶对原料进行酶解,将淀粉转换成糊精和麦芽糖等物质,供后续流程使用。液化过程是燃料乙醇中关键的环节之一。而且随着浓醪发酵技术的突破,高固含量的原料成为生产的主流,而高固含量原料在提高经济效益和减少成本的同时,也造成了原料浆液粘度的增大,传统的液化搅拌槽往往缺乏有效的混合和传质,导致液化过程混合的不彻底,影响液化过程中淀粉酶对原料的利用和后续发酵过程的产率。针对液化过程体系粘度较高混合困难等问题,基于流体力学模拟软件建立了液化过程的流体力学模型,研究了三种搅拌桨在液化过程的流场流动和功耗混合等情况,并对不同固含量下的液化反应动态过程进行研究,考察了影响产物转化和混合的原因。首先,以糙米粉为原料,测定了不同固含量下液化过程初期和后期原料浆液的流变性能,发现原料浆液呈现明显的剪切稀化的非牛顿流体特性,并确定了其流变模型和流变参数。其次,用Ansys CFD软件建立了倾斜大直径搅拌桨、多叶片组合式搅拌桨和最大叶片式搅拌桨的单相流模型,研究了在液化反应初期和后期搅拌桨类型和搅拌桨设计参数对混合的影响。从速度云图、速度流线图和无量纲速度分布三个方面考察了三种搅拌桨的流场速度,结果表明倾斜大直径搅拌桨在液化过程中有更大的径向速度,且在搅拌槽槽底和槽顶区域有更大的轴向速度;通过示踪剂法考察了三种搅拌桨在液化过程的混合时间,发现三种搅拌桨的混合时间相差较小;还研究了液化过程三种搅拌桨在不同转速下的搅拌功率,倾斜大直径搅拌桨的搅拌功率比最大叶片式搅拌桨低15%,比多叶片组合式搅拌桨低75%,可以更好的降低生产过程的成本;并考察了液化过程三种搅拌桨的剪切速率,剪切速率可以在一定程度上降低非牛顿流场的粘度,降低混合的难度。剪切速率主要分布在搅拌桨附近,在液化初期,倾斜大直径搅拌桨的平均剪切速率为13.26 s-1,液化后期,倾斜大直径搅拌桨的平均剪切速率为7.03 s-1,要远高于另外两种搅拌桨,说明倾斜大直径搅拌桨搅拌的流场粘度梯度小,分布更为均匀。通过多方面的考察,证明了倾斜大直径搅拌桨在液化过程的优势。然后,对筛选出的搅拌桨结构参数和搅拌槽结构进行了优化分析,结果发现,随着桨径比的增加,搅拌功耗在不断增加,死区分布占比逐渐减小,当d/D=0.7时有较低的功率且能实现更好的流场分布;通过优化搅拌桨倾斜角度发现,当搅拌桨叶倾斜角度为45°时,近壁面区域流场的流动情况最好,且功率也较小;为了进一步减少搅拌死区,对搅拌槽的槽底弧度进行了研究,结果发现,搅拌槽槽底弧度的改变不会影响搅拌功率,但是可以减少死区占比,通过优化搅拌槽弧度,最终搅拌死区占比降低到2.8%;对优化后的搅拌槽进行了放大研究,从速度分布和混合时间可以看出,放大后的搅拌槽内速度分布较为均匀,混合时间也相差就小。最后,建立了液化反应过程的动态模型,通过将流体力学与简化反应动力学相结合模拟了三种固含量下的液化过程,考察了初始固含量和次级相中酶的含量对反应物和产物分布的影响。结果发现随着固含量的增加,搅拌槽内浆液粘度的逐渐提高,增加了酶与原料混合的难度,固含量的提高对产物的分布有明显的抑制作用。这种现象会影响反应物转化为产物的速率和程度,而酶的含量对流场影响较小。通过流体力学模拟液化过程可以解释反应物与产物之间的转化,提高反应物的的转化效率,同时可以为反应器的设计提供参考。