厨余垃圾的不当处置造成了土地和水资源的污染,随着垃圾分类政策在全国的强制推行,厨余垃圾处理产业将持续发展。高含固厌氧消化,又称沼气干发酵,具有原料利用范围广、负荷大、污水产量低和节能降耗等优势,是处理厨余垃圾的有效方法。但厨余垃圾物料是高粘度非牛顿流体,传热传质性能差,且搅拌耗能大,反应器易出现酸化、局部过热等现象。因此通过搅拌优化反应器内物料传热传质特性成为解决问题的关键。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)技术能够准确模拟反应器内物料流场与温度场,是分析物料传热传质特性的有效工具。本文以实验室规模高含固垂直流厌氧反应器为研究对象,通过黏度测定表明,厨余垃圾进料是假塑性非牛顿流体,且含固率越高,非牛顿特性越强。通过CFD建立的机械搅拌单相流模型,分析了机械搅拌设计参数对流场与温度场的影响。结果表明:双螺带搅拌桨排液量大混合效果最好,桨径比、搅拌桨长度与搅拌转速的增加会减小死区,增大物料平均速度,利于混合,但搅拌功耗也会增加。综合混合效果与能耗,桨径比为0.75,桨叶高度h/H=0.78且间隙距离δ/H=0.13,搅拌转速为20rpm的双螺带搅拌桨为最佳搅拌桨设计,消耗功率为81.71W/m~3。保温2.5h后温度场相对均匀,搅拌符合要求。通过CFD建立的气-液二相流模型,探索了气动搅拌设计参数对流场与温度场的影响。结果表明:注气速度越大,物料平均速度与输入功率越大,对微生物生长的影响也越大。喷嘴孔径对流场与微生物生长影响较小;喷嘴数量越多物料平均速度越小,产生的流型越复杂,细胞破碎数无明显变化规律;喷嘴安装高度增大时,物料平均速度有逐渐减小的趋势。在搅拌功率为75.90 W/m~3,喷嘴孔径d/D=0.04,喷嘴数量为1,安装高度h/H=0.10的条件下,保温2.5h后反应器内温度分布较为均匀。与最佳机械搅拌设计相比表明机械搅拌能量利用效率更高,混合效果更好。运用几何相似法,以单位体积功率为放大因子,将容积为18L的机械搅拌高含固厌氧消化反应器放大至84m~3,CFD模拟表明放大前后反应器内物料流动特性基本一致,传热传质均匀,满足要求。通过经济效益分析,反应器每年能实现18159元的盈利,实现了经济效益、社会与环境效益的统一。对高含固厌氧消化反应器的开发提供了借鉴。