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在热电联产汽轮机应用中,传统连通管抽汽布置方式常常难以获取期望的抽汽压力和抽汽量。为此,工程领域中提出了一种新型内置式抽汽阀组,将其直接置于汽缸内叶片级之间,以利于抽汽调节。然而,这种内置阀组通道内的蒸汽流场非常复杂,且蝶阀阀板受力很大,对后续叶片级气动性能的影响不容忽视。针对这一概念设计模型,进行蒸汽流场数值计算分析,获取相关力学特性很有必要。本文旨在采用计算流体力学手段,结合模型气动实验,以某型热电联产汽轮机作为应用目标,针对内置式抽汽阀组概念设计的系统布置方案,进行系统的前期研究(蒸汽流动数值分析和部件力学特性分析),为后续设计提供完整的技术支撑。为此,本文主要完成了如下三项研究工作：1)结合工程实践需要,确定内置式抽汽阀组三种工况下蝶阀的开度：最大抽汽工况、额定抽汽工况、冷却流量工况。2)通过稳态流场计算分析,分析不同工况下蝶阀阀板所受气动力和气动力矩；通过非稳态流场计算,获取阀板气动力和气动力力矩的时变规律及特征频率3)建立内置式蝶阀模型气动实验系统,测量实验参数下蝶阀阀板的扭矩及表面压力分布特征,验证本文所采取的计算方法。本文通过蒸汽流场数值计算分析和蝶阀模型气动验证实验,所得到的主要结果及结论如下：1)在最大抽汽工况下,蝶阀开度为39°时可获得抽汽压力1MPa的热蒸汽；在额定抽汽工况下,蝶阀开度为58°时可获取压力为1MPa的热蒸汽；在冷却流量工况下,设计工况不能满足抽汽压力要求。2)在冷却流量工况下,蝶阀受到的气动力和气动力矩最大,单个蝶阀阀板所受最大气动力为15吨,单阀阀板所受最大气动力矩为1700N·m；在蝶阀阀板和管道内壁所夹间隙中,形成了超音速射流效应,马赫数达到1.7。在内置式抽汽阀组出口和阀后静叶的交界面上压力分布不均匀,冷却流量工况下均匀度仅仅为68%,最大抽汽工况和额定抽汽工况下均匀度大有改善分别提高到83%和92%。3)内置式抽汽阀组通道内湍流场的脉动,使蝶阀阀板所受气动力不稳定。对非定常流动数值计算结果的数据分析表明：最大抽汽工况下阀1的阀板所受气动力的特征频率为50Hz,阀2的阀板所受气动力特征频率为50Hz、70Hz、100Hz和140Hz；额定抽汽工况下蝶阀1的阀板所受气动力的频率为20Hz和360Hz,阀2的阀板所受气动力特征频率为190Hz；冷却流量工况下,阀1和阀2的阀板所受气动力的主要频率为320Hz。4)针对蝶阀模型所进行的气动验证实验表明：实验参数下蝶阀阀板扭矩的实验测量和数值计算结果分别为0.07N·m和0.072N·m,两者在数值上非常接近；蝶阀阀板表面压力幅度变化范围的实验测量和数值计算结果都约为2000Pa,且压力几何分布特征比较相似,证明了本文所采用的计算方法可信。