有效直径膜片有效直径的计算及影响因素分析

为了在AMESim软件中准确分析阀门的性能，根据平衡方程推导了阀门膜片的有效直径与气体压力、轴直径以及轴两个端口集中力等因 素之间的关系，并得出有效直径的计算公式；以减压阀的膜片组合件为例，采用软件ABAQUS建立其有限元模型，计算出阀盘的位移，从而推导出轴两端口集中力的计算公式，最后分析了膜片有效直径随阀盘位移的变化。

有效直径膜片有效直径的计算

得到设计的压缩量后，在两个弹簧末端施加相应的位移，此位移等于设计的预压缩量，然后在膜片承受气体压力的一侧施加设计范围内的均布压力，计算出相应的阀盘位移。

变化气体压力的数值，可以得到膜片的有效直径随阀盘位移的变化。阀盘的行程较小，膜片的有效直径随阀盘位移的增大而增大，随气体压力的增大而减小。除个别点外，阀盘位移与膜片的有效直径基本上为线性关系，在精度要求不太高的情况下，如果阀盘的行程比较小，膜片的有效直径与阀盘位移之间的关系可以近似用线性关系式表达。

有效直径膜片厚度对有效直径的影响分析

为了分析膜片在不同厚度下的有效直径随阀盘位移的变化，固定其他参数值，分别计算膜片厚度为0.15mm和 0.08mm两种情况下膜片的有效直径，变化作用在膜片上的气体压力，可以得到膜片在两种厚度下的有效直径随阀盘位移的变化。

从膜片厚度为0.08mm的情况和膜片厚度为0.12的情况看到, 膜片的厚度越大，膜片的有效直径随阀盘位移变化的速度越快。

有效直径膜片的弹性模量对膜片有效直径的影响

同样，为了分析膜片的弹性模量对膜片有效直径的影响，分别计算膜片在不同弹性模量下膜片的有效直径，变化作用在膜片上的气体压力，可以得到膜片不同弹性模量下的有效直径随阀盘位移的变化。

弹性模量为200GPa时，膜片的有效直径随阀盘位移的变化 弹性模量为80GPa时，膜片的有效直径随阀盘位移的变化。很显然，膜片的弹性模量越大，膜片的有效直径随阀盘位移变化的速度越快。

膜片的厚度、弹性模量越大，膜片的有效直径随阀盘位移变化的速度越快。实际上膜片的厚度、弹性模量对有效直径的影响可以综合为另一个参数 ———膜片的刚度，由传统的板壳理论可知膜片的刚度。膜片的厚度、弹性模量越大，其刚度也越大，也就是说，膜片的刚度越大，膜片的有效直径随阀盘位移的变化越快。 2100433B

针对多尺寸颗粒堆积组成的多孔介质碎片床，研究其冷却性分析模型中有效直径的选取准则 基于方程和针对性实验，验证多尺寸颗粒组成的多孔介质床的有效直径及其相关计算方法研究结果表明，多孔介质碎片床的有效直径与流体在多孔介质内的流动雷诺数有关，当雷诺数较低时（Re_p〈7），面积平均直径可以表征多孔介质的有效直径； 随着流动雷诺数的增加（Re_p〈7）长度平均直径更加接近其有效直径。

有效直径多尺寸颗粒堆积多孔介质有效直径计算方法

由Ergun方程可以看出，颗粒的有效直径d是流动压降计算的重要参数。对多尺寸颗粒组成的多孔介质床，其有效直径的计算则 依据不同的理论分析和参考权重，采用了不同的计算方法，还没有统一的结论。Soo（1990） 总结了4种最为常用的有效直径计算方法，分别被称为质量平均直径d_m面积平均直径d_a长度平均直径d₁和数 目平均直径d_n。

给出 了三种球形颗粒堆积的多孔介质床的4 种平均直径计算结果。即使对同一个多孔介质堆积床，基于不同 平均直径计算公式得到的有效直径是不同的，其值的大小甚至相差一倍因此一个自然而然的问题就是，应该用什么公式来计算这种特殊结构的由多尺寸颗粒组成的多孔介质碎片床的有效直径？ 将基于方程和针对性实验，验证多尺寸颗粒组成的多孔介质床的有效直径及其相关计算方法。

有效直径多孔介质实验床

实验使用多尺寸的玻璃球直径范围为0.7～10mm各个直径玻璃球的质量分布则是依据已有的严重事故相关实验中获得的碎片床尺寸分布信息 （ 如Lindholm（2002）；Magallon（2006）），基于实验床组成颗粒的尺寸分布，通过公式分别进行计算可知，实验床组成颗粒的质量平均直径是3.97mm，面积平均直径是2.12mm ，长度平均直径是1.18mm 数目平均直径是0.9mm。由计算结果可以看到，不同平均直径的数值相差很大，进一步说明进行多孔介质有效直径的验证是非常有必要的。

有效直径实验结果

实验测量的多孔介质实验床在不同流速下的压降梯度。为便于对比 ，也给出了Ergun方程基于4种平均直径（dm，da，d1，dn）预测计算得到的压降梯度值。当流动雷诺数Re_p较低时 （Re_p〈7），利用 面积平均直径计算得到的结果与实验测量的流动压降吻合得很好；随着流动雷诺数Re_p的增加（Re_p〈7），实验数据更加接近基于长度平均直径预测计算的流动压降。清晰地显示了在不同雷诺数范围内实验测量压降梯度与Ergun方程基于不同平均直径预测计算结果。

为进一步验证多孔介质实验床的有效直径，利用实验中测量得到的不同流速下的压降梯度，耦合Ergun方程，逆向推导，可以得到不同流动雷诺数Re_p范围内的有效直径 （d_e）。当Re_p小于7 时，计算得到的有效直径为1.89mm，比较接近面积平均直径计算值，2.12mm，偏差小于15%，当Re_p大于7时，计算得到的有效直径为1.22mm，相对接近长度平均直径计算值，1.18mm，偏差小于4%。

节圆直径的计算公式：d2=2A/(i 1),其中A-中心距， i-速比Z2/Z1, 啮合角conα=A0/A(conα0).其中A0-非变位啮合时的中心距，A-变位后的中心距，α0-非变位压力角（20°）。如果标准齿轮那是很容易的，节圆直径就等于分度圆直径d=mZ,啮合角就是20°（或14.5°） 。

国标AETV阀门公称直径的单位为mm,美标AETV阀门公称直径的单位为in(英寸)

换算如下:

1分=1/8英寸=DN6

2分=1/4英寸=DN8

3分=3/8英寸=DN10

4分=1/2英寸=DN15

6分=3/4英寸=DN20

8分= 1 英寸=DN25

公称直径压力直径

用钢板卷焊制成的筒体，其公称直径指的是内径。若容器直径较小，筒体可直接采用无缝钢管制作。此时，公称直径指钢管外径。封头的公称直径与筒体一致。

公称直径管子直径

一般来说，管子的直径可分为外径、内径、公称直径。管材为无缝钢管的管子的外径用字母D来表示，其后附加外直径的尺寸和壁厚，例如外径为108的无缝钢管，壁厚为5MM，用D108*5表示，塑料管也用外径表示，如De63,其他如钢筋混凝土管、铸铁管、镀锌钢管等采用DN表示，在设计图纸中一般采用公称直径来表示，公称直径是为了设计制造和维修的方便人为地规定的一种标准，也叫公称通径，是管子（或者管件）的规格名称。管子的公称直径和其内径、外径都不相等，例如：公称直径为100MM的无缝钢管有102*5、108*5等好几种，108为管子的外径，5表示管子的壁厚，因此，该钢管的内径为（108-5-5）=98MM，但是它不完全等于钢管外径减两倍壁厚，也可以说，公称直径是接近于内径，但是又不等于内径的一种管子直径的规格名称，在设计图纸中所以要用公称直径，目的是为了根据公称直径可以确定管子、管件、阀门、法兰、垫片等结构尺寸与连接尺寸，公称直径采用符号DN表示，如果在设计图纸中采用外径表示，也应该作出管道规格对照表，表明某种管道的公称直径，壁厚。

为了使管子、管件连接尺寸统一，采用DN表示其公称直径（也称公称口径、公称通径)。化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等一般压力的流体，管道往往采用电焊钢管，称有缝管。有缝管按厚度可分为薄壁钢管、普通钢管和加厚钢管。其公称直径不是外径，也不是内径，而是近似普通钢管内径的一个名义尺寸。每一公称直径，对应一个外径，其内径数值随厚度不同而不同。(管子又分为英制管和公制管的。公称直径为DN100的管，如果该管为国际通用系列（俗称英制管），其外径是114.3mm；如果该管为国内沿用系列（俗称公制管），其外径是108mm。 这样就出现了两种直径了，不矛盾的。)公称直径可用公制mm表示，也可用英制in表示。

管路附件也用公称直径表示，意义同有缝管。工程中所用的无缝管，如输送流体用无缝钢管(GB 8163-87)、石油裂化用无缝钢管(GB 9948-88)、化肥设备用高压无缝钢管（GB 6479-86)等，标记方法不用公称直径，而是以外径乘厚度表示。标准中称此外径与厚度为公称外径与公称厚度。输送流体用无缝钢管和一般用途无缝钢管分热轧管和冷拔管两种。冷拔管的最大外径为200mm；热轧管的最大外径为630mm。在管道工程中，管径超过57mm时，常采用热轧管。管径在57mm以内常选用冷拔管。

公称直径零部件直径

有些零部件如法兰、支座等的公称直径，指的是与它相配的筒体、封头的公称直径。DN2000法兰是指与DN2000筒体(容器)或封头相配的法兰。DN2000鞍座是指支承DN2000mm容器的鞍式支座。还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径表示的。如管法兰，DN200管法兰是指连接DN200mm管子的管法兰。另有一些容器零部件，其公称直径是指结构中的某一重要尺寸，如视镜的视孔、填料箱的轴径等。DN80(Dg80)视镜，其窥视孔的直径为80mm。

公称直径螺纹的直径

除管螺纹以通管的内径（英寸单位）为公称直径外，其他螺纹的公称直径，均以外螺纹的大径为公称直径（公制单位）以普通公制外螺纹为例，普通公制螺纹的牙型角是60°

计算公式如下:

螺 距 P

原始三角形高度 H=0.866P

牙高(工作高度) H=0.5413P

内 螺 纹 大 径 D--内螺纹（公称直径）

外 螺 纹 大 径 d--外螺纹（公称直径）

内 螺 纹 中 径 D=D-0.6495P

外 螺 纹 中 径 d=d-0.6495P

内 螺 纹 小 径 D=D-1.0825P

外 螺 纹 小 径 d=d-1.0825P

其他螺纹的参数计算，参阅国标参数手册