调节阀(控制阀)作为工艺自动控制系统的三大部件之一,广泛用于发电站、石油炼化、化工等连续流程工业行业。在调节阀工作过程中,当阀前后压差增大到一定程度,流量系数呈现非线性变化,进而达到极限流量,进入阻塞流状态。同时,管道空化气蚀、噪声、振动显著加剧,对阀内件将造成严重冲击和侵蚀磨损。本文以节流件代替固定开度调节阀,通过台架实验、理论推导、CFD流体仿真等技术路线,研究流体通过节流件时阻塞流发生、发展、变化的过程,从基本机理上研究气蚀产生变化的条件,为调节阀气蚀检测与评估、调节阀抗气蚀结构设计等调节阀行业最关键的技术难题提供基础研究支撑。主要工作包括以下三个方面:1).设计建设气蚀实验方案。针对实验室环境下难以达到气蚀所需的高温高压工况这一难题,设计建设了实验台架。实验台架可以供给较高的可调阀前压力、可调介质温度、可调阀后压力,建立气蚀等阻塞流发生的条件环境。同时设计了四种不同规格的节流阀板以代替或模拟固定开度调节阀,并采用不锈钢试验管段与透明石英玻璃管段的设计以达到实验传感采样与图像确认研究的目的。最后设计了综合多种传感器检测与信号处理的气蚀阻塞流试验与数据采集处理系统,兼具控制、数据采集、数据处理功能等软硬件。2).针对节流孔板展开实验研究,发现了阻塞流发生时流量曲线具有“阶梯性”与“局限性”的特征。同时发现不同节流孔板所具有的不同阻塞流特性曲线,厚孔板呈现两段式:阻塞流发生前的线性段与阻塞流发生后的“平台期”,薄孔板则在阻塞流发生临界点具有明显的非线性过度部分,具体表现为三段式。并通过理论流量特性分析,建立合理的坐标系,在压力恢复系数、流量系数、流量特性等概念基础上,论证了实验中所得出的局限性与阶梯型的特征,提出了“斜梯三角形流量曲线”。3).最后基于CFD仿真技术给出了相应实验工况下流体通过节流件时的压力与气体体积数据,研究了阻塞流状态的变化。利用透明石英玻璃试验管段进行气蚀图像确认,对高速微距摄影所得图像进行处理分析。明确了阻塞流发展过程中的三个阶段与空化闪蒸的关系。