当搅拌器的功率不变时,若搅拌过程是以高剪切流动为目的(即小尺寸的微观混合),宜采用()的叶轮搅拌器。A. 大直径、高转速B. 小直径、小转速C. 大直径、低转速D. 小直径、高转速

本题考察搅拌器的叶轮直径和转速对流动特性的影响，核心是理解高剪切流动（小尺寸微观混合）的需求与叶轮参数的关系。

关键分析：

1. 高剪切流动的本质：高剪切力主要由流体的速度梯度产生，公式为 $\tau = \mu \frac{du}{dy}$（$\tau$ 为剪切应力，$\mu$ 为流体黏度，$\frac{du}{dy}$ 为速度梯度）。速度梯度越大，剪切力越强，越利于小尺寸微观混合。
2. 叶轮直径与转速的影响：
   • 小直径叶轮：搅拌范围集中在局部区域，流体在叶轮附近的速度变化（速度梯度）更大，易产生高强度剪切。
   • 高转速叶轮：单位时间内流体流经叶轮的次数增加，速度变化频率提高，进一步增强剪切效果。
3. 功率不变的约束：搅拌功率 $P \propto N^3 D^5$（$N$ 为转速，$D$ 为直径）。小直径时，为保持功率不变，需提高转速（$N \uparrow$ 补偿 $D^5 \downarrow$），恰好满足高剪切的需求。

选项排除：

• A. 大直径、高转速：大直径导致速度梯度分散，剪切力弱，不符合。
• B. 小直径、小转速：转速低则速度变化频率低，剪切力不足，不符合。
• C. 大直径、低转速：速度梯度和频率均低，剪切力最弱，不符合。
• D. 小直径、高转速：局部高速度梯度+高频剪切，完美匹配高剪切流动需求。