连续搅拌反应器广泛应用于精细化工、高分子化工等聚合工业领域,是聚合化工行业中进行化学反应,热/质传递的核心反应器设备。近年来,一种大高径比的多级搅拌反应器在聚合物前体的制备工业中开始受到广泛重视。其与传统的单层桨/多层桨连续搅拌反应器相比,在反应器停留时间分布控制、产品收率方面具有更大的优势,因而受到了众多工程设计人员的青睐。不过由于目前对这一反应器结构的流体性能和返混机理仍然缺乏理论性的理解和研究,因此这一具有巨大应用潜力的反应器在工业中的应用仍受到了较大的阻碍。本论文利用计算流体力学技术(CFD)模拟研究了多级涡轮桨搅拌反应器内,不同的水平隔板圆孔尺寸条件下,常温介质水在不同表观流速下的流场和停留时间分布特性,得到了多级搅拌反应器的稳态流场,压力分布以及各种变量条件下的停留时间分布曲线。同时基于搅拌反应器内部流体运动状态多为湍流,本文还采用高解析率的二维PIV方法对方形搅拌槽内的湍流单相流场特性进行了研究计算。结果表明:(1)多级涡轮桨搅拌反应器内部的稳态流场与压力分布都呈现出经典的双循环流型,其流型的变化与水平隔板圆孔尺寸无关。而压力分布的变化与水平隔板圆孔尺寸相关,其内部压力值随水平隔板圆孔尺寸减小而增大。(2)多级搅拌反应器内部水平隔板圆孔尺寸是决定停留时间分布特性的关键因素。随着其尺寸的减小,反应器级间的返混下降明显,通过多级串联搅拌釜模型计算的等效反应器数最高能达到4.2,显示出了极强的平推流趋势。另外反应器内部的表观流速也是影响返混的重要因素,它的增大也能使搅拌反应器趋近于平推流。(3)描述湍流能量耗散细节的湍流耗散率(ε)分布可由直接定义计算和大涡PIV两种计算方法在不同解析尺度下计算,但是两种计算方法具有各自的使用范围及使用条件,其两者的最终稳定值基本一致。