非牛顿流体的混合涉及食品、医药、化学加工与废水处理等众多领域,能耗较高,强化其混合过程有助于节能减排。然而,非牛顿流体具有一定流变性及高粘性,使用传统搅拌桨进行混合时,动量难以传递,在桨叶扫过区域外易形成稳定的流场界面,搅拌死区难以有效消除,不利于流体有效混合。因此,需要建立强化非牛顿流体高效混合的方法。本文采用实验与模拟相结合的方法对非牛顿流体单相与固液两相混合进行研究。单相流体主要考察了桨叶类型、桨叶组合方式、桨叶排列方式等不同桨叶结构设计对LLE及无量纲混合速率的影响。通过FLUENT模拟研究了其流场结构及洞穴效应、螺旋度分布、涡度分布、速度分布等规律。固液两相混合主要考察了桨叶类型、CMC浓度、固相密度、固相总含量对混沌特性、混合时间的影响。同时,结合模拟分析了固相分布云图特征、点线固含率分布特性等。主要结论如下:1、单相混合体系（1）实验结果表明,多层刚柔组合桨体系中,桨叶组合方式为RF-（PBTD+PBTD+DT）、桨叶排列夹角为60?、柔性部件长度安装比例为1.2和0.8时,混沌混合性能较好。多层刚柔组合桨可以产生多频扰动,增大流场复杂性,提高混沌程度与混合速率。多层刚柔组合桨体系在N>88 r/min时LLE>0,而多层刚性桨体系则N>125 r/min时LLE>0,多层刚柔组合桨体系进入混沌状态所需转速比刚性桨体系降低了29.6%。实验得出了混合时间（Tm）与单位体积混合能（Wv）关系式,多层刚性桨体系:Tm=-2.532×10-4 Wv+2478.2027,多层刚柔组合桨体系:Tm=-2.146×10-4 Wv+1764.2106。（2）数值模拟结果表明,多层刚柔组合桨可以改变搅拌槽内流体流动方向,强化流体对流,分散流场涡环结构,扩大混沌混合域减小死区。同时,多层刚柔组合桨体系柔性部件扫过区域速度差较大,使其涡度、螺旋度高值区多于多层刚性桨体系。涡度、螺旋度高值区内流体沿旋转边界运动强度较高、涡量较大,流体不稳定性增强,进而强化混合过程。对于压力分布,多层刚柔组合桨体系搅拌槽内轴线压力具有明显波动现象,且多层刚柔组合桨体系平均压力327.03 Pa,多层刚性桨体系平均压力94.16 Pa,两者差值为232.87 Pa。2、固液混合体系（1）实验结果表明,搅拌功率相同,多层刚柔组合桨体系LLE大于多层刚性桨,混合时间小于多层刚性桨。当Pv为10600 W·m-3时,多层刚柔组合桨体系LLE为多层刚性桨的1.54倍,提高固液混沌性能。多层刚性桨与多层刚柔组合桨混合时间与单位体积功率的双对数具有较好的线性关系且随功率的增加混合时间减小。相同功耗下,多层刚柔组合桨体系固相分布深度大于多层刚性桨,卷吸性能较高,曳力与流体湍动力较大,强化固液分散。在Pv为10600 W·m-3处体系LLE取得最大值,CMC质量浓度0.8%、1.0%、1.2%分别对应0.1553、0.1432、0.1212,液相粘度越小,混沌程度越高,固相速率越大,越利于固相分散。（2）数值模拟结果表明,多层刚柔组合桨具有较大轴向速度,增加了桨叶卷吸性能,各监测点固含率差值较小,具有较好均匀性。在轴向监测线内,多层刚柔组合桨搅拌槽内固相平均合速度是多层刚性桨的1.9倍,提高流场整体湍动程度,强化固液混合过程。综上所述,多层刚柔组合桨可以提高搅拌槽内流场复杂性与湍动程度,分散流场涡环结构,强化流体对流,扩大混沌混合域减小死区。同时,多层刚柔组合桨体系具有较高的涡度与螺旋度值,增加了涡量与流体不稳定性,提高了混沌混合性能。因此,多层刚柔组合桨可以强化非牛顿流体混沌混合过程,以上研究可为实验优化与工业设计提供理论依据。