混合广泛存在于石油化工、生物制药、食品加工、冶金采矿等行业中,针对搅拌槽内混合过程的研究不仅可以为优化混合过程的操作条件提供理论指导,同时也为搅拌反应器的设计与放大提供重要依据。研究人员已经开发出了多种测量槽内混合过程的实验方法,几乎都存在各自的局限性,且多数仅限于实验室规模,如平面激光诱导荧光技术(PLIF)无法用于不透明系统的测量。近年来,随着计算机性能的快速提升,许多研究人员已经采用CFD技术对各种条件下的液相混合过程进行了数值模拟,但部分模拟数据与实验结果偏差偏大,许多文献对槽内液相混合过程的报道不够详实。因此,本文的目的是使用CFD技术对搅拌槽内互溶液体单相混合过程进行详实而准确的研究,以评估CFD技术用于研究搅拌槽中流体混合的能力。本文利用FLUENT中的标准k-ε湍流模型和组分输运模型,对无挡板搅拌槽内的液体混合过程进行了数值模拟,搅拌桨为30°四斜叶(PBT)桨和六直叶(RT)桨,搅拌雷诺数2083-12500,且PBT桨中部分数据与PLIF实验进行了对比。同时研究了监测位置、转速、桨叶离底高度、示踪剂进料位置对混合时间的影响以及转速对单位体积混合能的影响。结果表明:(1)示踪剂在槽内的扩散过程呈现分层现象,主体循环流动中心区域混合较慢,桨叶离底高度为H/3时两种桨示踪剂浓度变化过程接近,但H/2时RT桨的浓度均质化速度明显快于PBT桨,整个混合过程与流场特性密切相关;(2)局部监测面FA-FD的混合时间整体比较接近,普遍比监测面cross-section高出一倍以上,这是由于cross-section上形成“假混匀”状态,因此采用前者的平均数作为实际混合时间更加客观;(3)无量纲混合时间随转速增大而增大,桨叶离底高度为H/2时,PBT桨模拟结果与PLIF实验值相对误差平均为7.8%,二者基本吻合,H/3时,高转速下无量纲混合时间会突然降低,在无挡板搅拌槽中,RT桨比PBT桨混合时间短;(4)无挡板搅拌槽中,转速越低,混合能效越高,桨叶离底高度为H/3时,两种桨在各转速下混合能效均较高,H/2时,低转速下两种桨混合能效较高,高转速下RT桨混合能效明显低于PBT桨,在300 rpm时前者单位体积混合能比后者高了 49.4%;(5)四种情况的混合时间都随单位体积功的增大而减小,两种桨的混合时间在桨叶离底高度为H/3时受输入功率的影响大于H/2时,在输入功率的对数值小于1.3时,桨叶离底高度为H/2时的RT桨混合能效最高;(6)在处于主体循环流动路径上的进料点进料时混合时间更短,且彼此接近,进料处若有旋涡则会使混合时间延长,在RT桨中桨叶叶端进料时,虽然初始快速混合至接近混匀状态,但达到最终真正混匀状态却非常缓慢,远大于其它进料点。