调节阀阀芯形状基本上可分为三种：柱塞式、开口式和套筒式。但无论何种阀芯，都可以具有相同的流量特性，每一种流量特性都有相同的数学模型和数学方程。目前最为广泛应用到的有直线流量特性的直线方程和等百分比流量特性的对数方程。
直线流量特性和等百分比流量特性均指调节阀的理想流量特性，理想流量特性是在阀前后压差恒定的情况下得到的。显然，在实际工况下阀前后的压差不是恒定的。因此研究调节阀最主要的是研究其工作特性，即实际工况下流量与阀门开度变化的关系。
直线流量特性的数学方程：
（1）
式中：G/Gmax--相对流量，即调节阀在某一开度下的流量与全开流量之比；
L/Lmax--相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开时行程之比；
k--常数，即调节阀的放大系数。
进而可得：
（2）
式中R为可调比，即调节所能控制的最大流量与最小流量之比，R = Gmax/Gmin。
由等百分比流量特性的数学方程
（3）
可得
式（2）、、（4）只适用于计算机流量特性为直线型和等百分比型的调节阀各个开度下的流量，不能用于计算各个开度的流通截面积，而这正是现有调节阀阀芯设计的问题所在，文献[2]等即认为：G/Gmax=F/Fmax。
为了计算各开度下的流通截面积，由文献[3]可得：
（5）
式中：G--流量，kg/s；
α--流量系数；
F--调节阀的流通截面积，m2；
ρ--介质的密度，kg/m3；
Δp--调节阀前后的压差，Pa。
由式（5）可得：
（6）
下角标max是指调节阀最大行程时的各参数。
分别联立式（2）、（6）和式（5）、（6）可得：
（7）
（8）
式（7）、（8）分别为流量特性曲线是直线型和等百分比型调节阀的流通截面积计算公式。其中流量系数α可依据相关文献可查得近似值，亦可以据其所述原理进行标定。
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