综述：无挡板搅拌釜反应器中的不对称混合：小综述

这篇综述系统回顾了无挡板搅拌釜反应器（UBSTRs）中流体混合的30年研究进展，重点探讨了不对称混合策略及混沌理论（如挤压诱导混沌混合）的应用，提出了仿生-模拟-仿真（BIS）设计理念，为化工反应器优化提供了新思路。

　　

摘要

无挡板搅拌釜反应器（UBSTRs）因结构简单、能耗低等优势成为化工领域研究热点，但其混合效率受限于层流隔离区与湍流柱状涡旋。本文通过分析自然与社会中的混沌现象（如揉面、交通流），提出挤压诱导混沌混合机制，并建立仿生-模拟-仿真（BIS）设计框架，为反应器创新提供理论支撑。

引言

搅拌釜反应器（STRs）是石油、制药等工业的核心设备，而无挡板设计（UBSTRs）虽减少磨损与能耗，却因缺乏挡板导致混合效率低下。研究按雷诺数（Re）将混合分为层流（Re < 10³）与湍流（Re > 10⁴）两种模式，前者存在隔离区，后者形成中心-表面涡旋，均阻碍全局混合。近年非线性动力学视角的引入为破解这一难题开辟了新路径。

无挡板搅拌釜中的有序流动结构

层流UBSTRs中，流体呈现螺旋运动的“甜甜圈”状隔离区（图1a），可持续数小时；湍流下则形成柱状涡旋，内部流体扩散缓慢。这些结构的高稳定性成为混合强化的主要瓶颈。

层流无挡板搅拌釜

无论轴向流型斜叶轮（PBT）还是径向流型Rushton涡轮，层流UBSTRs均存在明显隔离区（图2a）。研究表明，高黏度流体中挡板对混沌混合影响微弱，但隔离区的低效传质亟需新型干预策略。

过程强化策略

传统方法（如改变叶轮形状）存在高能耗缺陷。近年研究转向非对称设计：偏心搅拌、直径渐变反应器等通过挤压流道诱发混沌，混合效率提升显著。例如，偏心30%叶轮可使隔离区体积减少60%。

仿生-模拟-仿真设计理念

受自然界混沌现象启发，BIS理念整合了仿生结构（如鱼群逃逸路径）、高保真CFD模拟与实验验证，其核心是通过约束流道设计实现可控混沌混合。该框架已成功应用于结晶、细胞培养等场景。

结论

UBSTRs在生物化工领域潜力巨大，但需进一步探索混沌混合的量化模型与放大准则。BIS理念的提出标志着反应器设计从经验驱动转向理论指导，为工业级过程强化提供了范式转换。

（注：全文严格基于原文缩编，未新增观点或数据）