煤液化技术可实现煤的清洁、高效利用和石油替代，是缓解我国能源危机的有效途径，被列入国家能源中长期发展战略。热高分调节阀是煤液化系统的核心设备，主要用于高温高压分离器的液位调节，传输工况具有压差大和固体颗粒含量高等特点。因此，其阀芯受到严重的空蚀和冲蚀磨损破坏，导致该阀寿命仅为数十天，严重阻碍了煤液化系统的长周期运行，已成为煤液化的重要技术瓶颈。阀芯材料和介质流动特性是影响阀寿命的关键因素，对阀芯材料已有较广泛的研究，在介质流动特性方面的研究，主要采用试错法来改进阀的结构，存在较大的盲目性。因此，采用数值计算方法获得介质流动参数，实现热高分调节阀的失效预测和结构优化具有重大意义。　　 本文以世界首套百万吨级煤直接液化示范工程中热高分调节阀为研究对象，根据实际工况（包括压差、结构尺寸、介质和阀芯材料特性等）进行，采用数值计算的方法获得空化场、磨损率分布和其它重要流场信息，建立空蚀和空化作用下冲蚀磨损的破坏预测方法，从阀芯失效预测和结构优化两方面进行研究。本论文的主要研究内容和结果如下:　　 (1)首次提出了采用空化场、速度场和压力场相结合的方法来预测空蚀。本文通过对调节阀的空化流动计算和分析得出，因节流作用导致阀芯头部产生了空化区，空化区形成了大量的空泡并随高速回流介质（40～88m/s）冲向阀芯顶部，因顶部区域压力高于介质的饱和蒸气压，导致了空泡在顶部壁面附近溃灭而产生空蚀。　　 (2)综合空化流动、颗粒轨道模型、冲蚀磨损模型和壁面条件等，计算获得阀芯壁面的冲蚀磨损率表明，阀芯圆弧段冲蚀磨损是由回流大角度冲击引起，其磨损率极值可达8.8×10-3kg·m-2·s-1，且各开度下的极值均位于阀芯顶部;抛物线表面主要由小角度冲蚀引起，其最大磨损率比项部极值低1～2个数量级。　　 (3)对典型破坏结构进行建模和数值计算，获得了阀芯表面的磨损率分布，并揭示了阀芯受到的空蚀和冲蚀磨损破坏随结构变化的规律，通过对破坏结构的形貌分析，验证了本文提出的空蚀和空化影响下冲蚀磨损预测的正确性。　　 (4)介质回流速度是导致阀芯空蚀和冲蚀的关键因素，因此降低回流速度是提高阀芯寿命最有效的途径。据此，本文提出减小阀芯顶部半径的方案，数值计算证实了该方案可降低空蚀和冲蚀磨损。　　 本论文创新性研究在于:1）首次提出了调节阀空蚀破坏的预测方法;2）建立了空化影响下的冲蚀磨损预测方法，并获得了典型开度时阀芯的磨损率分布;3）提出了介质回流速度是导致阀芯空蚀和冲蚀磨损的关键因素。