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絮凝过程的流体力学特性是影响絮凝反应效果的重要因素，由于水体流动的复杂性，紊流流态难以控制，絮凝反应动力学方面的研究存在一定的局限性，而且现有的动力学理论（例如速度梯度理论、紊流涡旋理论）都存在各自的缺陷，并不能完全解释絮凝动力学致因，因此有必要找出一个流态易于控制的絮凝反应器，来研究动力学条件对絮凝的影响，并对其进行定量分析，以揭示絮凝反应的动力学致因，创造更有利于絮凝反应的紊动流场，促进絮凝反应效能。Taylor-Couette流场发生在在外筒固定、内筒旋转的两个同心圆柱体的间隙之间，通过人为控制内筒转速，就可以得到环状间隙中不同形态的Taylor涡旋，这些涡旋的尺度与环状间隙的宽度近似，属于亚微涡旋。本论文结合数值模拟和絮凝实验，研究了不同水力条件对絮凝效果的影响，对合理选择絮凝工况、提高絮凝效率和优化絮凝工艺有预测作用和实际指导意义，对湍流状态下流体对絮凝效果产生的影响具有一定的科学意义。选用Taylor-Couette反应器作为研究对象，通过数值模拟反应器流场和在反应器中进行的絮凝实验，来探求反应器流场对絮凝效能产生的影响，以揭示絮凝反应的湍流动力学致因。本论文进行的主要工作如下：（1）通过FLUENT软件，对Taylor-Couette反应器环状间隙内的流场进行三维数值模拟，通过流场仿真实现反应器内水流结构的可视化，研究反应器内各流场特性的变化规律。这些流场特性有Taylor-Couette流场速度矢量分布，湍动动能分布，湍动强度分布和有效能耗分布等，通过数值模拟可定性定量的分析其对絮凝效能产生的影响。（2）通过数值模拟，研究Taylor-Couette反应器环状间隙内涡旋的形态、大小分布、方向以及变化规律，同时验证数值模拟方法在水处理絮凝学中应用是否合理。（3）设计絮凝实验，包括正交实验和单因素实验，以确定最佳化学条件。在进行絮凝实验时，通过显微摄影技术和图像分析法，同步测量絮体的分形维数，研究絮体形态特征。（4）将数值模拟结果和絮凝实验结果相结合，对絮凝过程中的复杂现象作出合理解释，并验证以数值模拟中的流场特性作为絮凝过程的评价指标是否合理。通过数值模拟和实验研究，本论文得到以下结论：通过数值模拟和絮凝实验，表明流体的流动机制为波状涡和调制波状涡，即转速在10～60r/min范围内的絮凝效果最好，这一范围内形成的涡旋为闭合涡旋，闭合涡旋为絮凝提供了反应场所，絮体颗粒在封闭空间内运动，提高了相互碰撞的频率；而层流涡主要以周向运动为主，湍流涡敞开，相互连通，这两种情况下颗粒间的碰撞频率相对较小，故絮凝效果较差。闭合涡旋的周期性膨胀和收缩，导致较高的混凝效率。因为闭合涡旋的周期性膨胀和收缩增大或减小了涡内一些颗粒的运动速度，甚至改变其运动方向，造成涡内局部瞬时速度梯度较原有梯度有所增加，从而引起颗粒之间更频繁的相互碰撞。絮凝主要发生在涡旋内部，而涡旋内部速度梯度小，对絮凝效果贡献小，因此速度梯度不是导致絮凝的主要原因。Taylor-Couette反应器内外筒环隙间存在亚微尺度的涡旋，当转速为10～60r/min时，涡旋形状闭合完整，相互分离，涡旋内部速度梯度较小，此时的体积平均湍动动能在2.64E-05～0.00023m2·s-2范围内，体积平均湍流强度在0.418%～1.17%范围内，体积平均有效能耗在6.57E-05～0.00189m2·s-3范围内，有利于形成完整闭合涡旋，闭合涡旋的周期性膨胀和收缩使颗粒有效碰撞，絮凝效能（80%以上）和分形维数值（1.3534）达到最大，保证了较好的絮凝效果。湍动动能和有效能耗过大或过小均不利于形成完整闭合的涡旋，絮凝效能较差。