煤液化减压阀是煤直接液化系统的关键设备，用于高压分离器的液位调节和反应产物的节流降压。该减压阀的运行工况具有温度高、压差大、含固量高的特点，存在严重的空化、空蚀和冲蚀磨损。减压阀的材料升级和表面硬化处理可在一定程度上提高其耐磨损性能，但不足以抵抗严重的空蚀。了解减压阀的内部流动是分析其失效并进行优化的重要途径之一，但实验研究受限于苛刻的实际运行工况而无法开展。因此，开展煤液化减压阀的空蚀机理和空化流动的数值预测方法研究，对于减压阀的空化流场预测及相关优化具有重要意义。本文基于壁面附近单个空泡溃灭的动力学研究，得到了空泡溃灭的过程及壁面所承受的压力、温度等与空蚀相关的参数；在空蚀机理分析的基础上，根据流体控制方程、湍流模型、空化模型等计算流体力学方法，结合煤液化减压阀的实际结构、运行工况等参数，构建了减压阀三维空化流动的数值预测方法，分析了减压阀内部的空化流动，并提出了运行优化措施。本论文的主要研究内容和结论如下：（1）构建了单个空泡变形、溃灭的数值求解模型，得到了空泡的溃灭过程及流场中压力、速度、温度的变化情况。空泡在壁面溃灭时，壁面承受的最大压力和最高温度随初始半径的增加而增大。（2）采用本文建立的空化求解模型和煤液化减压阀的实际运行参数，计算得到了不同开度下减压阀内的三维空化流场。随着开度的增加，阀芯头部附近的回流区域和回流速度均减小，且阀芯表面的空化程度降低。（3）基于控制减压程度抑制空化的思想，数值预测了出口压力增大和进口压力减小时减压阀内部的空化流动情况，提出采用两个减压阀串联安装进行分级减压，且第一级阀门的出口压力控制在7.5~5MPa左右的运行优化措施。本文的创新性研究在于：（1）建立了考虑气液两相的粘性、可压缩性、热力学性质等因素的空泡溃灭数值计算模型，得到了空泡溃灭的过程以及壁面中心点的压力、温度随时间的变化关系；（2）构建了减压阀三维空化流动的数值预测方法，结合减压阀的实际参数，完成了减压阀内部的空化流场分析，并对阀头的空蚀进行了原因分析；（3）基于控制减压程度抑制空化的思想，提出采用两个减压阀串联安装进行分级减压，且第一个阀门的出口压力控制在7.5~5MPa左右的运行优化措施。