煤直接液化笼式调节阀作为煤化工用阀门中的典型代表,工况严苛。在颗粒冲蚀磨损和空蚀的共同作用下,该阀普遍曝露出调节精度低、使用寿命短等问题,对煤化工生产的安全性和稳定性构成了严重危害。深入研究煤直接液化笼式调节阀内的冲蚀磨损与空蚀机理及预测方法,不仅有益于缓解上述问题,还有助于完善笼式调节阀及类似严苛工况阀门的设计理论体系。本文在国家自然科学基金项目“高参数特种控制阀复杂多相流流动特征及流场控制方法研究”（52176046）和“大容量极端工况减温减压装置设计理论、方法及关键技术研究”（51875514）等项目支持下,就煤直接液化笼式调节阀内的冲蚀磨损与空蚀机理及预测方法开展深入研究。主要工作和成果如下:（1）构建了基于雷诺时均方程和Realizable k-ε湍流模型的煤直接液化笼式调节阀流动特性数值模型,开展了整阀流量特性测试实验,分析了阀门内部的流动特性,并探究了使用后期失效缺陷对阀门流通性能的影响。结果表明:该阀的流量特性为典型的直线流量特性;不同开度下流量系数的数值计算值与实验测量值间的相对偏差小于10%,验证了流动特性数值模型的准确性;基于实际失效情况预设的缺陷,将阀笼底部的多层导流槽相互贯通,使得从外层节流孔流入的流体直接汇聚,小开度下调节阀流通性能有所提升;随着开度的增加,预设缺陷阀门的流通性能下降,但预设缺陷对阀门流通性能的影响逐渐减弱。（2）构建了煤直接液化笼式调节阀内含气液相变的多相流冲蚀磨损-空蚀数学模型,采用经实验验证的冲蚀磨损模型和空蚀表征参数,分析了阀内冲蚀磨损和空化空蚀特征,并结合阀笼失效照片,验证分析结果。结果表明,阀内空化发生的主要区域均位于阀笼的内层节流孔内。阀门入口压力不变时,随着阀门开度的增加,蒸汽相体积随之增加,流体流经的节流孔数增加,空化发生范围也随之增加,空蚀强度也随之增强。阀笼内壁内层节流孔出口周围的坑状缺陷主要是由于空化气泡破灭冲击壁面产生;阀笼导流槽内壁受颗粒直接冲击中心及周围区域存在明显变形和穿透性缺陷,多个开度下冲蚀磨损速率最高的区域均位于导流槽内壁远离调节阀的进口侧。（3）基于构建的含气液相变的多相流冲蚀磨损-空蚀数学模型,采用响应面方法研究了单一结构参数和多结构参数交互作用下阀内的冲蚀磨损和空蚀特征,提出了阀笼结构参数的优化方案。结果表明,增加导流槽宽度可有效降低导流槽内壁受颗粒直接冲击区域的冲蚀磨损程度,但导流槽宽度过大会导致阀笼内层及中间层节流孔内的空蚀强度增大;增加导流槽高度可降低导流槽内壁远离入口侧区域内的冲蚀磨损速率,对内层节流孔及中间层节流孔内的空蚀程度影响较小。增大缓冲级节流孔直径可有效防止中间层节流孔的压降过大,对中间层节流孔内的空化空蚀程度有减缓作用。优化后的阀笼,其最大冲蚀磨损速率相比原结构降低了74.4%,蒸汽相体积减少了45.7%,实现了对煤直接液化笼式调节阀内的冲蚀磨损和空蚀程度的有效控制。（4）基于阀笼失效特征提取T形和阶梯孔形两类基础流道结构,讨论了边界条件对冲蚀磨损和空蚀特征的影响机制。结果表明,T形流道导流槽内壁冲蚀磨损分布呈现出中心低两侧高的特征,该分布特征由该区域内的颗粒高冲击频次、高冲击速度和低冲击角度共同决定。随着入口颗粒固含率增加,导流槽内壁单位时间内的冲击频次增加,导致直接冲击区域中心两侧的冲蚀磨损速率随之增大,而颗粒速度变化对其影响较小。阶梯孔形流道内冲蚀磨损较为严重的区域位于倒圆面内径一侧边缘,并且随着颗粒固含率和颗粒速度的增大,倒圆面上最大冲蚀磨损率逐渐增大。据此,拟合了冲蚀磨损速率与结构参数和边界条件的关系,实现对阀笼内壁关键区域冲蚀磨损速率的快速预测计算,对于其他含导流槽的多级笼式调节阀内的冲蚀磨损预测也具有一定借鉴意义。