掌握并拥有自主知识产权的高端火电机组阀门核心设计技术是保障国家能源安全的一个重要方面。本文以国家能源局超（超）临界火电机组关键阀门国产化研宄课题为依托，采用理论分析、数值模拟、实验验证等方法对最小流量调节阀、高压旁路调节阀、轴流式止回阀、自力式液动高加给水阀等不同结构的阀门进行了分析研究和优化设计。本文的主要工作有：　　1.按“简单易行，适用性好”的原则比较了几种常用的湍流模型及湍流近壁区的计算方法。将球阀、蝶阀、调节阀三种阀门的流阻系数的实验测试结果与数值计算结果进行了比对。结果表明，数值计算结果与实验数据的误差小于10％;Spalart-Allmaras模型、标准k-s模型、Realizablek-s模型三种模型中标准k-s模型的计算精度略高于其它两种；利用量纲分析法导出了表征阀门结构复杂程度的无量纲数，利用它对活塞式最小流量调节阀的流量特性曲线进行了优化，使最小流量调节阀调节性能由近似快开特性改变为线性。　　2.针对水蒸汽节流过程中变温效应可能会增大阀体热应力的问题。用数值模拟法对核电大缩径比的主蒸汽管预热阀进行了节流变温效应分析。计算表明，在缩径比为2.56的条件下，阀内蒸汽流速由入口的60m/s提高到160m/s;温度由入口的360℃，降为351℃;压力由入口的6.85MPa下降到6.55MPa。在节流与阀体散热的双重作用下，阀体内外壁产生了53℃的温度差。研究还表明，随着出口压力的进一步降低，节流有可能导致水蒸汽进入湿蒸汽区，对阀门密封面产生冲蚀，引起阀门损坏。　　3.将Euler多相流模型及多孔介质模拟引入高压旁路调节阀流场模拟中。获得了高压旁路调节阀内流场、温度场、水水蒸汽质量分数场、阀体温度场等相关重要信息，研宄结果表明：在高压差下，阀内平均流速为10?30m/s，其中最大流速80 m/s;蒸汽出口平均温度为387℃，最低温度出现在拉伐尔喷管处，约为197℃;阀体外表面无保温层时阀体温差大约为70℃。　　4.将湍流转捩模型引入轴流式止回阀的计算中。采用圆柱绕流及钝体绕流两个算例、RNGk-s、转捩SST、转捩K-Kl-ra三种模型进行了检验性计算。结果表明，转捩K-Kl-ra模型计算出的漩涡尺寸与实验数据最为吻合；转捩SST、转捩K-Kl-ra两种能正确识别层流到湍流的转捩位置与长度；在标定的湍流模型的基础上，利用转捩K-Kl-ra模型对轴流式止回阀的线型进行了优化设计，使流阻系数由1.84降为1.37。　　5.将宽频噪声模型引入阀门气动噪声场的计算中。利用喷嘴产生的喷注噪声的实验结果检验了宽频噪声模型的可靠性。计算表明，宽频噪声法可定性地用于　　6.噪声场分析优化。利用宽频噪声法对轴流式止回阀的不同开度、不同线型进行了计算，结果表明，10%开度下噪声达到78dB，随着阀门的开启，噪声稳定在60dB左右；流速是噪声产生的最重要因素，但是阀内噪声分布与速度分布并不对应，不能采用流场结果推测噪声场。　　6.针对自力式液动高加给水三通阀关闭速度过快会对阀座产生冲击损坏，关闭过慢导致蒸汽泄漏引发事故的问题。建立了阀芯运动速度微分方程式。通过MATLAB求解了阀芯运动速度方程。计算表明：阀芯在0.5毫秒关闭时间内，阀芯速度由0增大到0.9m/s，此后维持这一速度至完全关闭。阀门关闭时间受调节阀开度影响，可在1?5秒变化。