搅拌反应器被广泛应用于化学工业、有色冶金、污水处理等领域的工业。搅拌桨作为搅拌反应器的关键部件，直接影响着流体的混合行为，决定者工艺过程的节能减排和安全运行。传统搅拌反应器内的搅拌桨大多为刚性搅拌桨，在流体的混合过程中约70%的搅拌桨输入能量消耗在桨叶外缘和桨叶后的尾涡处，其流场呈现出高度对称性与周期性，流体的混合效率较低。从改进搅拌桨结构出发，强化流体混合行为，已成为开发高效节能搅拌反应器的重点研究方向之一。

刚柔组合桨的思想源于仿生生物学。自然界中各种鱼类、鲸类的游动和鸟类、昆虫的飞行并不是靠剪切作用，而是通过柔性身体的运动部位（如尾鳍、胸鳍或翅膀等）与周围流体（水或空气）相互作用来实现的。常见的柔性生物体可从卡门涡街中汲取能量，降低自身能耗，具有机动性好和噪声低的优点。但柔性体在流场中单独作用时形变大，其自身能量被耗散在无序运动上，难以形成大范围扰动行为。为此将刚性体和柔性体有机结合起来，提出一种刚柔组合桨。刚柔组合桨在流体混合过程中的运动是包含刚性体剪切、柔性体变形和流场拟序机构的形成、运移及演化并伴随能量和质量传递的复杂行为。研究搅拌桨结构和流场拟序结构的关联性，认识刚柔流耦合运动行为与流场拟序结构演化规律，是解决上述方法不足的有效途径之一。

柔性体的流场中存在着明显不同于刚性体的涡结构，流场不稳定性增强，可提高能量的传递效率。Jeffd 等对比分析了柔性体和刚性体在流体中的流固耦合行为，发现柔性体可从尾流中获得能量，增大自身与流体的相互作用力。Campbell 等通过流固耦合分析了柔性涡轮机与流体的相互作用机制，发现柔性桨的变形可增大桨叶的推动效率。Motley 等对刚性螺旋桨和柔性螺旋桨的流体力学性能进行了研究，与刚性螺旋桨相比，柔性螺旋桨能够利用自身自适应变形的特性提供更好的流体力学性能。刘作华等基于仿生生物学提出一种仿生刚柔组合桨，其不但具有刚性桨的剪切作用，还具有柔性体的多体运动，通过刚柔流的耦合作用，使能量以“波”的方式传递到流场远处，提高桨叶的能量利用率。肖杰等人基于仿生学原理，设计了一种新型柔性反应器。结果表明，柔性反应器能够使流体达到良好的混合。刘作华将刚柔桨用于液液两相混合过程中，与刚性桨相比，刚柔组合桨能够有效提高混合体系的混沌混合程度，使液液两相分散更为均匀。同时，他还将研发的刚柔组合桨反应器用于电解锰生产的锰矿浸出，提高了锰矿浸出率和浸取效率。这些研究表明，合理设计仿生刚柔桨，能够有效提高流体混合效率，实现流体的高效、节能混合。(www.daowen.com)

本章将在流场失稳及流体混沌混合理论的前期研究基础上，设计出新型的刚柔组合桨，提出刚柔组合桨强化流体混沌混合的新思路，对刚柔组合桨强化单相流体混沌混合、刚柔组合桨固液两相混沌混合体系中的流体混沌特性和混合性能进行研究。