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Chemical Engineering Science, 336, 124494p. (2026) DOI:10.1016/j.ces.2026.124494
High-viscosity fluid mixing in laminar regime frequently suffers from persistent segregation regions and excessive power consumption, limitations inherent to symmetric impeller designs. Addressing these challenges, a novel Asymmetric Inclined-blade Anchor-Screw (AIAS) impeller is proposed, explicitly designed to intensify chaotic advection and optimize hydrodynamic performance. A comprehensive comparative investigation between AIAS and Traditional Anchor-Screw (TAS) systems was conducted utilizing visualization experiments, Computational Fluid Dynamics (CFD), and non-linear dynamic analysis. Operating within a Reynolds number range of 57–133, quantitative results demonstrate that AIAS achieves a 7–16% reduction in mixing time and a substantial 35–42% decrease in energy consumption. Superior energy efficiency is attributed to streamlined twisted blade design, which mitigates form drag by suppressing flow separation. Regarding mixing mechanisms, the asymmetric geometry disrupts flow symmetry, transforming tangential flow into complex three-dimensional circulation. Rigorous topological and recurrence analyses via Poincaré sections, RQA, and phase space reconstruction reveal the emergence of chaotic attractors with an 18% expansion in projected coverage area, indicating a transition from ordered segregation toward global chaotic advection. Findings establish a valid and effective strategy for optimization of industrial stirring processes in high-viscosity media.
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