剪切速率作为工业混合过程中的重要参数之一，对搅拌槽中非牛顿流体的表观黏度、细胞或酶的活性、絮凝体的大小和结构等均有影响。不同的操作体系和目标所要求的搅拌桨剪切特性也不尽相同。近年来，流场测试和原位识别图像分析技术常被应用于剪切速率的研究，但缺乏对等单位体积功耗条件下不同流型搅拌桨操作时槽内剪切速率分布的研究。同时，反应器放大是将实验室研究成果应用到工业的必要过程，但由于受结构尺寸、混合效果等影响，大槽和小槽往往会出现不同程度的差异。等单位体积功耗放大准则是搅拌槽放大最常用的方法之一，以期保持放大后分散相颗粒尺寸的相似性、降低酶失活的程度等等，但目前对于放大后槽内剪切速率的变化关注较少。而局部水动力学包括剪切速率，对剪切敏感体系的放大可能起着关键作用。因此，研究等单位体积功耗下不同桨型操作时搅拌槽内剪切速率的空间分布特征、平均剪切速率及其放大后的变化规律，对于更好地了解混合过程、指导不同场合搅拌桨选型等具有重要意义。基于此，本文在等单位体积功耗下，利用激光粒子测速方法（Particle image velocimetry，PIV）和数值模拟方法，探究了桨型和放大对搅拌槽内平均剪切速率、剪切速率空间分布等的影响。首先，通过实验比较了等单位体积功耗下5种不同流型的搅拌桨，即Rushton桨（RDT）、下压式45°六斜叶桨（PBTD）、上推式45°六斜叶桨（PBTU）、向心桨（CT）和象耳桨（EE）操作时槽内的剪切速率分布。结果表明：不同搅拌桨操作下槽内剪切速率的分布特征与流型密切相关；桨叶出口平面处的剪切系数Ks,imp与流量准数Nq呈线性关系，且在等单位体积功耗时，Ks,imp大体上随着Nq的增加而减小；全槽平均剪切速率和桨叶附近的局部剪切速率均与搅拌桨转速线性相关。此外，借助数值模拟方法，本文还探究了等单位体积功耗条件下，流体流变特性和放大对搅拌槽内剪切速率分布等的影响。得到主要结论如下：等单位体积功耗下，流体流变特性对CT桨操作下搅拌槽内的总体流场结构影响不大，但非牛顿流体在搅拌槽上部的循环减弱，同时在搅拌桨附近非牛顿流体的剪切速率值要低于牛顿流体，且差异程度受非牛顿流体浓度的影响；依据等单位体积功耗几何相似准则对搅拌槽进行放大后，随着叶端速度的增大，全槽平均剪切速率的下降速度逐渐变缓，且RDT桨操作下全槽平均剪切速率下降最快；放大后剪切速率分布图中概率最大值对应的剪切速率向更低值方向移动。最后，利用双桨组合和新型多叶片桨（Multi-blade combined，MBC），在等单位体积功耗下，对放大后搅拌槽内的剪切速率分布进行优化，发现MBC桨能有效提高搅拌槽中剪切速率空间分布的均匀性。