21世纪是海洋的世纪,实行海洋强国战略对世界各国具有重要的战略意义。船用汽轮机是海上浮动电站、潜航运输船、驳船式核电站的核心设备,调节阀则是调节机组负荷的关键部套。由于调节阀工况多变、工作条件恶劣,极易出现不稳定流动,导致阀头受激振动和产生高分贝噪声,严重影响设备运行的安全性和操作人员的身心健康,因此调节阀的性能一直得到广泛的关注。本文综合考虑调节阀的气动性能与噪声特性,提出并设计了一种带大窗口的新型静流元件,对其通流性能、阻力特性等进行了深入分析,并通过数值计算与实验结果的对比进行了验证。首先,用UG软件建立三维几何模型,构造阀门内部流场模型,得到计算求解区域。利用Fluent Meshing进行非结构化网格划分,并在Fluent软件中进行数值求解,采用模型及SIMPLEC算法对阀门进行稳态仿真计算。对无静流元件调节阀的计算结果表明,无静流元件调节阀表现出典型阀门特性:当阀门相对开度超过34.8%后,流量及压损系数几乎不发生变化。小开度流场均匀性较差。其次,设计了一种带大窗口的新型静流元件,用指向性多孔介质模型对静流元件的计算进行适当简化,并进行了稳态仿真计算。以此为基础采用分离涡（DES）湍流模型对流场进行非定常求解,再通过基于Lighthill声类比模型的FW-H方程求解得到声场解。对带四种不同新型静流元件调节阀进行气动性能和噪声特性比较分析,按照满足通流需求、噪声最小的原则优选出一个方案,并对其进行了详细的气动性能仿真计算。计算结果表明:新型静流元件的节流作用使得流场均匀性较无静流元件时明显改善。进一步对比无静流元件、带全小孔静流元件、带新型静流元件调节阀的通流、压损性能可知:当阀门相对开度超过26.1%后,由于大窗口投入工作大大增加了新型静流元件通流能力,使得流量和压损随压比变化加快;当阀门相对开度达到34.8%时,新型静流元件的通流面积还小于阀门喉部横截面,使得阀门可调升程范围增大;新型静流元件既保持了对流场的整流作用,又可明显改善全小孔静流元件的通流不足与压损较大的问题。最后,设计并搭建了调节阀气动性能试验台,研究了测点布置与测量方法,明确了实验流程,给出了实验数据处理方法,并进行了无静流元件和带新型静流元件调节阀的气动性能试验。试验结果表明:在相对开度超过34.8%后,无静流元件调节阀的流量系数不再随着相对开度的增加而增加;当相对开度超过26.1%后,带新型静流元件调节阀流量系数增长率大于之前的增长率,在阀门34.8%开度相对后仍然具有可调节性。带静流元件调节阀的仿真值与实验值符合较好,最大绝对误差小于8%,表明本文的计算方法具有较好的精度。