搅拌设备普遍存在于化学工业生产中，其工作原理是通过搅拌器的旋转向槽内流体输入机械能，使流体获得适宜的流场，强化过程的传热和传质，提高生产效率。高粘度固液两相混合是石油、食品、医药、高分子材料等领域常见的单元操作，目前存在的问题是：若输入单位体积功耗(Pv)较小，颗粒易堆积，不能有效地分散于全槽；若Pv较大，固液两相能实现良好混合，但是转轴承受的扭矩过大，易造成机械损耗，且不适合对剪切敏感的高分子材料体系。因此，有必要探寻一种在适中功耗下就能实现高粘度固液两相良好混合的方式。众所周知，搅拌桨是搅拌设备的核心部件，通过桨叶的旋转，能量从电机传输到槽内流体，设计制造合理的搅拌桨是获得高效混合的一种可靠方法。本文旨在通过改造搅拌桨来强化流体混合效果，在传统刚性桨的基础上，加入柔性部件制造出新型的刚柔组合搅拌桨，拟利用刚-柔-流耦合作用将能量充分扩散至全槽，减少搅拌死区的体积。本文以甘油为液相，PP固体颗粒为固相，利用扭矩传感器采集扭矩信号，结合Matlab软件计算最大Lyapunov指数（LEmax）来分析搅拌槽内流体的混沌特性；采用酸-碱化学消色法确定体系混合时间（tmix），分析体系的混合性能；使用Fluent模拟流场结构特性，探究流体内部结构。对比实验结果与数值模拟，确定刚柔组合桨较传统刚性桨是否更有利于高粘度固液两相的混合，具体研究内容如下：①实验用虚拟扭矩传感仪采集了各体系的扭矩时间序列数据，计算出混沌参数LEmax，比较了刚柔组合搅拌桨和刚性桨对自浮颗粒体系及下沉颗粒体系混沌混合的影响，结果发现：组合桨在较低功耗时（Pv<3000w·m-3）就能引起很好的混沌混合；刚性桨体系的混沌不会随着固含率（Cv）的增加有明显的变化；组合桨体系的混沌会随着Cv的增加而增强。②实验用酸-碱化学消色法确定了自浮颗粒体系与下沉颗粒体系的tmix，对比分析了组合桨和刚性桨在相同Pv时对不同体系混合性能的影响，同时考察了柔性部件长度分别为2cm、3cm、4cm时体系的混合效果，具体实验结果为：logtmix与logPv呈现很好的线性关系，与桨叶类型无关；与刚性桨相比，组合桨能够大大缩短自浮颗粒与下沉颗粒体系的tmix，且柔性部件越长，混合效果越好；当刚柔组合桨与刚性桨叶长度相同时，组合桨具有明显的优势，能有效缩短tmix。③用Fluent模拟了刚性桨、组合桨的流场结构，通过分析速度云图、速度矢量图、速度散点图后发现：不管是刚性桨，还是组合桨，流场均呈现很好的轴对称结构；对于确定长度的组合桨，功耗过小或者过大混合效果均不理想，在Pv=3500w·m-3的时候体系混合效果较好；在相同Pv下，组合桨的柔性部件长度L越长，越有利于能量的扩散；在相同Pv下，长度相同的组合桨依靠刚-柔-流耦合作用所产生的卷吸力比刚性桨的剪切作用更有利于固液两相的混合。④对比分析实验与模拟结果，均证实了刚柔组合桨较传统刚性桨确实能够有效地促进高粘度固液两相流体的混合。