气液分散在发酵工业的操作中是必不可少的， 尤其是在微生物多糖等髙黏度发酵过程中，发酵液 表现出高黏度、假塑性流体的特征，气液传质阻力很 大，普通反应器无法胜任高黏度体系下的气液传质 要求。而开发新型搅拌桨是最经济的选择。计算流 体力学（CFD)的出现极大地促进了搅拌混合研究以 及新桨型的开发[1]。侯拴弟、孙海燕、韩路长等 利用CFD对传统直叶涡轮搅拌桨的流场进行了较 为详细的研究别对各种改进的径向流和轴向流搅拌桨在非牛顿流 体中的操作进行了数值模拟。但大部分研究基于水 或者单相的非牛顿流体介质,没有考虑到高黏度非牛顿流体中的气液二相分散和混合行为。
对称锯齿双斜叶涡轮搅拌桨（SPT)是江南大学生化工程与反应器研究室开发的一种针对高黏度发 酵过程的气液分散型搅拌桨。搅拌桨圆盘上下 2个叶片呈一定角度的夹角，适合大气量在液体中 的分散，同时在叶片尾部形成较好的流场，减少搅拌 功耗。针对黄原胶等微生物多糖高黏度发酵过程中 所需较大剪切力的情况，搅拌桨斜叶片内外缘设有 若干锯齿，增加边界接触面以提高流体剪切力，强化 搅拌桨叶端的气液分散和混合效果。本工作采用 CFD方法对SPT与传统的直叶圆盘涡轮桨在 不同搅拌转速和表观气速状态下进行模拟对比，对2种桨的主体液相流变行为及其传氧性能进行研究，以期开发出更适合非牛顿流体的高效节能的搅拌系统。
搅拌过程的功率消耗是一项衡量搅拌桨能力和 搅拌强度的重要参数，也将直接影响过程的能耗和 经济成本。
计算发现，改变表观气速和转速对2种桨型的 功率消耗都会造成影响，而DT受到的影响更显著 ,2种桨单位体积功率均随着表观气速的增加而减小。通气搅拌时，由于介质密度下降，同时桨叶泵送流体体积基本不变，因 此，驱动流体运动所需的能量减少，使得轴功率消耗 下降。考察了水-空气二相体系中的功率消耗，也得到了同样的结论。在相同转速下，SPT比DT单位体积功率节省35%左右，并且随着 搅拌转速的增加2桨的功耗差增加。这可能是因为SPT特殊的外形造成的。由于SPT上下2个叶片的内缘设计有一夹缝，并且夹缝的开度随搅拌桨半径增加而增加,可供一部分流体通过，减少了搅拌功率的消耗。
气速与转速对总体气含率的影响。 可以看出，增加表观气速对提高设备内的气含率水 平有明显帮助，并且对于SPT,其气含率提高幅度更 大。随着搅拌转速增加，SPT气含率逐渐降低，DT 气含率先降低后增加。原因可能是由于高黏度黄原 胶水溶液的剪切稀释特性造成的。随着转速增加， 溶液表观黏度下降较明显，液体对气体捕获能力降 低，气体较容易溢出，液面附近气体再次循环回到下 层的几率减小，从而导致反应器内总体气含率下降。 但是转速继续增加到一定程度时，溶液表观黏度会 维持在一个相对较低的水平此时转速的提高会增加气体循环回到溶液主体的几率。转速对气含率的 增加起主导作用。
