搅拌釜作为混合设备在食品、污水处理、冶金、石油化工等领域应用非常广泛,其主要作用就是混合单相或多相物质,达到传热、传质的目的。目前市场上大部分搅拌釜为密闭不透明,使得搅拌釜在运用过程中如同“黑匣子”,对釜体内运动状态、速度、湍动能等参数无法得知,而这些参数正是了解搅拌釜内信息,优化搅拌釜结构的重要体现。基于这种现状,越来越多的技术应用到测量搅拌釜的这些参数上,这些技术一定意义上为研究搅拌釜内的信息提供指导意义。但这些测量技术的使用有局限性,且根据以往半经验半理论方法研究搅拌釜问题浪费大量的人力物力。近年来,计算流体力学(CFD)的出现为解决这类问题提供有效的手段,另外计算机硬件的发展使CFD应用到实际问题上变成现实,其显现出的优势让CFD在解决流体问题成为最有力的工具。首先运用UG对左右不对称搅拌釜进行三维结构的建模,根据MRF模型将整个三维模型分为两部分建模,然后以Igs或Iges格式导入到ICEM进行网格划分,并对比结构化网格和非结构网格的共同点,选取模型、边界条件和数值策略,通过残差监测和桨叶端点速度监测双重保证计算达到收敛。对于气液两相的数值模拟,首先进行网格独立性检验,排除网格数量对模拟结果的影响,得出数量为631507时较好。运用欧拉-欧拉模型、PBM模型、标准k-ε模型对搅拌釜进行数值模拟。以搅拌转速、通气速率、液体介质粘度为因变量,得出增大搅拌速率、通气速率、液体粘度均能使釜体气含率上升。增大液体粘度,使得搅拌轴右侧出现明显气体聚集上升。大直径气泡和小直径气泡分布区域基本不变。釜体内气泡平均直径随着通气速率、液体粘度的升高而增大;随着搅拌速率的增加而降低,且搅拌速率对气泡平均直径改变幅度最大,改变幅度值为17.9%;粘度影响次之,改变幅度值为5.5%;通气速率影响最小,改变幅度值为4.5%。对固液两相的数值模拟,首先运用Carletti et al.2014实验体系验证采用颗粒动力学理论(KTGF)、k-ε湍流模型和Gidaspow曳力模型作为封闭模型的双流体模型对液固两相模拟的适用性。然后以搅拌转速、液体介质粘度、固体体积分数为变量模拟得出釜体内液相速度随着搅拌转速的增加而增加,随着粘度、固体体积分数的增加而降低。固体体积分数为2.5%、7%、13%,对应液相速度下降幅度为8%,16.2%,18.4%。湍流动能随着搅拌转速、粘度的增加而增加,随着固体体积分数的增加而降低。固体体积分数为2.5%、7%、13%,对应湍动能下降幅度为7.6%,13.2%,20.6%。采用红色墨水示踪剂的方法对釜内液体混合时间进行实验测量,得出混合时间随着搅拌转速的增加而降低,在低搅拌转速时,混合时间较敏感,搅拌转速由350rpm增加到900rpm时,混合时间由24.2s下降到6s。混合时间随着粘度、固体体积分数的增加而上升,固体体积分数由0增加到13%,混合时间增加16s。通过对三种不同结构的搅拌釜进行气液两相数值模拟计算,得出分散效果最好为双层带挡板椭圆型搅拌釜,相同时间内气含率为10.8%,单层椭圆型搅拌釜气含率为5.2%,单层平底型为2.2%;对于轴向湍动能分布来说,湍动能为0的区域为搅拌桨叶处,单层平底型和单层椭圆型湍动能差别不大,双层搅拌釜内湍动能远大于前两者。利用双层搅拌桨的数值模拟与实验结合,研究高钙硅锰矿在不同搅拌转速、不同通气速率为实验变量下的浸出动力学,得出转速为500rpm较合适,通气速率为7m/s时较合适。