杂质实验装置需通过搅拌槽的充分搅浑,保证待检设备区杂质浓度的维持和控制。但由于杂质颗粒的沉降特性,在长时间实验过程中,往往由于搅拌流场不均匀而出现搅拌死区,造成杂质沉积,影响实验结果。因此,如何提升杂质搅拌槽搅拌均匀性,避免杂质颗粒的沉积,成为杂质实验装置亟待研究的问题。本文基于多相流敞口自由液面搅拌槽的数值模拟技术,通过合理简化,建立了双叶轮自由液面搅拌槽数值模型,并从搅拌叶轮位置参数、搅拌槽扰流挡板的设置等变量对流场的影响方面展开研究,针对现有杂质实验装置提出优化方案,最后通过对比实验,验证优化方案的可行性。主要完成工作如下:(1)针对现有杂质实验装置建立模型,在固相组分浓度较低的前提下,以气液两相流耦合固体颗粒干涉沉降运动分析的方法替代三相流模型进行数值计算。结果表明,现有装置搅拌均匀性较差,在长方形搅拌槽的侧壁直角边与搅拌叶轮之间区域、两搅拌叶轮之间区域均出现搅拌死区,流速低于杂质沉降速度,出现杂质颗粒的沉积效应。(2)基于“正交实验法”(Orthogonal Experimental Design),以现场装置可调整的参数为变量,设计了9组对比实验,定性研究了各变量对流场的影响。同时,基于相对偏差均方根法来定量判定各组搅拌流场的均匀性。结果表明:在双叶轮、方形搅拌槽体系中,叶轮间距相比叶轮高度是对流场均匀性的影响起主导作用的因素。在一定条件下,叶轮间距越小,叶轮间搅混特性越优。同时,方形搅拌槽对环流的抑制作用提升了叶轮与侧壁间区域的搅混特性。而在搅拌槽容积许可的前提下,更大的直角区扰流挡板会得到更高的流场均匀性。(3)基于现有杂质实验装置以及优化方案改进后的装置,执行搅拌和取样实验,比对两组实验取样数据。结果表明,现有装置在长期实验中,取样浓度持续下降,并在一个随机低值点趋于稳定,排水后槽底边角和中间区域出现较多颗粒沉积,搅拌特性较差。而按优化方案改造后的装置,取样数据在一个相对稳定的高浓度区域小范围波动,排水后槽底沉积物较少,表明优化方案相比原方案搅混性更优。