混合是化工生产过程中十分常见的一种单元操作,在橡胶和纺织等高分子行业中混合质量的好坏往往会影响产品的竞争力。这些高分子流体多属于剪切稀化流体,因流体的粘度随剪切率变化,其在混合过程中的行为和牛顿流体在混合过程中的行为有很大的不同。高分子流体的复杂流变特性以及复杂的专用混合设备使量化研究剪切稀化流体在混合器内的流动及混合特性,探索混合机理变得十分困难。目前的相关研究多为模拟研究,缺乏与实验结果的相互验证,本文通过实验和模拟结合研究了剪切稀化流体在简化CTM模型中的流动及混合特性。本文利用激光诱导荧光技术(PLIF)和粒子图像测速技术(PIV)探究了单相剪切稀化流体在方腔拖曳流模型中的流动特性以及两相互溶剪切稀化流体在方腔拖曳流模型中的流动及混合特性。通过可视化技术得到的定量化的实验结果与CFD的模拟结果对比验证了模拟中所使用模型(species transport model)的可靠性与准确性。采用实验验证的模型研究了幂律模型参数k和n,液位比,拖曳板速度,方腔纵横比,密度差等对互溶两相剪切稀化流体混合过程的影响。利用离集强度(IOS)和无因次数群:Re,Ar/Re,Ri以及速度场等分析了不同条件下浮力(密度差)对混合过程的影响,为优化CTM的结构参数,进一步研究动态混合器的混合机理提供了理论参考。本文实验研究结果表明单相剪切稀化流体在LDC中流动特性随着n增大而变好,这和文献中的模拟结果相同。当上下两层流体无密度差时,两互溶剪切稀化流体在LDC中的混合效率也随着n增大而增强,但k对混合的影响很弱,增加k对混合效率影响不大。当上下两层流体具有密度差时,稠度系数k越大,混合效率也越高。当上下两层流体具有稠度系数差异时,高稠度系数流体置于区域Ⅰ(高剪切率区域)时的混合效率要比低稠度系数流体置于区域I时的混合效率高。当两互溶剪切稀化流体以不同的体积比混合时,两相初始分界面最好靠近涡旋中心,此时混合效率较高。上下两层流体无密度差异时,在拖曳板位移相同的情况下,拖曳板速度越大,混合效率越差,但上下两层流体密度差为10 kg/m3时,拖曳板速度对混合的影响很小。方腔的长径比越小两互溶剪切稀化流体的混合效果越好。当Re<1时,Ar/Re可以被用作评估两剪切稀化流体混合过程中浮力(密度差)对混合的影响。Ar/Re远大于1时,浮力严重阻碍混合;Ar/Re的值在1附近时,浮力对混合影响有限,略微促进混合。当Re>1时,Ri可以被用作评估两剪切稀化流体混合过程中浮力(密度差)对混合的影响。Ri<1时,浮力促进混合;Ri>1,浮力抑制混合,其值越大,抑制作用越强。