混沌对流行为的研究是揭示旋-穿静态混合器（RPSM）混合机制的关键，对进一步研究其混沌混合机理至关重要。例如，当流体流过不同结构或不同排列周期的元件时，形成二次流，产生的混沌对流能够增加流体的拉伸效率，提高粘性流体的混合，增强混合效率。然而，RPSM作为一种全新结构的静态混合器，对于多元件安装方向以及周期性排列等复杂组合下的混沌混合演化过程，缺乏合理的评价准则及分析。

近日，化工学院张少峰教授课题组，对立体旋流筛板（TRST）的结构进行改进及简化后的RPSM元件进行相关研究。该研究利用平面激光诱导荧光技术（PLIF）设计了实验装置，以RPSM元件为研究对象，探究了Re = 246 ~ 1231范围内，RPSM在顺、逆安装方式下形成的空间周期对混沌对流行为的影响。结合灰度图像，对混沌对流演化现象及位置进行混合区域划分以及可视化描述；解释了RPSM在顺向与逆向安装情况下产生不同的混沌混合效果的原因；并将RPSM与其他四种常用的静态混合器的混合性能进行对比。

该研究提出运用CoV时间序列计算LLE并结合混合指数对混沌对流行为进行识别描述。首先，解释RPSM在顺向与逆向安装情况下产生不同的混沌混合效果的原因。其次，研究RPSM在经过不同排列周期后对混沌对流行为的影响，定义混合区域，并对照混沌对流的演变过程进行图像三等分处理，以评价混沌混合效果。相关结论为后续RPSM结构优化以及混合性能的提升方面提供了理论基础，也为类似结构的研究提供了参考。

相关研究成果以“The effect of periodic spatial arrangement of rotational–perforated static mixer on chaotic advection behavior”为题发表在化学工程领域著名期刊Chemical Engineering Science上(Chem. Eng. Sci. 2024, 292, 119917)，论文第一作者为博士生高雪芳，通讯作者为张少峰教授。研究工作得到河北省自然科学基金（B2021202002和B2021202022）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.119917