黄原胶是一种阴离子胞外多糖，由野油菜黄单胞菌通过发酵合成。黄原胶具有显著的水溶性、耐酸碱性、耐盐性和抗酶降解性，并且在广泛的温度和pH值范围内保持稳定。这些综合性能特点使其在食品加工行业中被广泛用作增稠、稳定、乳化和悬浮等多功能添加剂（Palaniraj等人，2011；Bhat等人，2022；Kar等人，2010）。
搅拌槽反应器是食品加工技术中的关键设备，其工作原理是利用电动机驱动连接到搅拌轴上的叶轮旋转，从而将机械能传递给物料（Alvarez等人，2005；Ameur，2018；Mokhefi，2024）。黄原胶溶液是一种典型的伪塑性流体，具有初始屈服应力和剪切稀释特性。在黄原胶溶液的混合过程中，由于叶轮的高剪切作用，在叶轮附近形成了高剪切力的洞穴区域，从而实现高效混合。相反，在远离叶轮的区域（如槽壁和底部），流体受到的剪切力较小，导致流动停滞或缓慢，形成停滞区域（Ayala等人，2022；Luan等人，2012；Sossa-Echeverria等人，2015；Arratia等人，2006；Curran等人，2000；Ascanio等人，2005）。这些停滞区域的存在阻碍了流场中动量传递的均匀性，严重影响了食品加工的效率和产品质量。因此，提高食品加工搅拌反应器中伪塑性流体混合效率的关键在于扩大洞穴区域的同时减少停滞区域。
叶轮作为搅拌反应器的关键部件，在决定流场结构的形成和演变、能量传递效率以及流体混合性能方面起着关键作用。因此，在各种流体混合强化技术中，叶轮结构设计的优化已成为最广泛采用的方法。例如，Ameur（2018）在Rushton涡轮上引入了多种切割配置（U形、双U形、V形和W形），并将这些改进设计应用于黄原胶溶液的混合过程中。研究表明，改进后的叶轮显著降低了功耗，其中V形和W形切割叶轮在功耗和洞穴尺寸的综合评估方面表现出更优的混合性能。Ameur等人（2020a）将切割设计应用于标准的Scaba 6SRGT叶轮，并研究了它们在Herschel-Bulkley流体混合中的应用。结果表明，在无量纲长度l/D=0.12时，三次切割能够实现功耗降低和洞穴尺寸扩大的最佳平衡。此外，一些研究表明，具有分形特性的物体可以显著破坏或消除流场中的尾流结构，在较宽的空间范围内产生高雷诺数区域，从而提高流体能量利用效率（Hurst等人，2007；Mazellier等人，2010）。Steiros等人（2016，2017）对具有分形几何形状的叶轮进行了实验和数值模拟研究，结果表明，这种分形结构的叶轮可以减少流体混合时间，降低功耗，并改善流体循环。顾德寅等人（2025）提出了一种用于非牛顿流体层流混合的三角形分形叶轮，发现这种三角形分形叶轮可以增强流体颗粒的连续拉伸和折叠过程，从而提高流体混合效率。因此，通过结合叶轮切割设计和分形结构设计的优势来提高流体混合性能，本研究将分形理论应用于叶轮叶片切割设计，提出了一种新型的分形排列切割叶轮（FAC叶轮）以改善伪塑性流体的混合效率。
在本研究中，引入了一种分形排列切割叶轮（FAC叶轮），以扩大伪塑性流体混合过程中的洞穴区域并减少停滞区域。通过实验分析和数值模拟研究了FAC叶轮搅拌槽中伪塑性流体的混合特性，重点关注了搅拌功耗、功率数、混沌特性、混合时间、粘度分布、剪切应变率分布、拉伸场分布和洞穴区域结构等关键参数。本研究旨在收集有关食品加工中伪塑性流体混合最佳叶轮结构设计的重要信息。
