Элемент дроссельной шайбы или штуцера моделирует объекты типа сужающего быстросъемного устройства (УСБ), регулирующего устройства (УР), штуцера. В данных устройствах имеется местное сужение, приводящее к падению давления и ограничивающее расход вследствие эффекта запирания. Аналогично управляющему клапану, дроссельная шайба имеет два режима функционирования – докритический и критический. При критическом режиме дроссельная шайба лимитирует расход и давление за дроссельной шайбой определяется характеристикой сети за ней. Для этого элемент дроссельной шайбы создает одну степень свободы – дополнительное падение давления ∆Pdof и одно уравнение. При докритическом режиме это уравнение приравнивает дополнительное падение давления нулю, при критическом – приравнивает нулю разницу между текущим и критическим расходами.

Выходное давление определяется по формуле

при докритическом режиме ∆Pcalc=∆Pw≡ ζρw22,

при критическом режиме ∆Pcalc=∆Pch.

где P2 – выходное давление, P1 – входное давление, ζ – коэффициент местного сопротивления, ρ – плотность входящего потока, w – скорость входящего потока, рассчитанное для заданного диаметра трубы до сужения, ∆Pch – критический перепад давления.

Коэффициент местного сопротивления выражается через коэффициент местного сопротивления для однофазного потока ζ0, определяемое по [ 6 ], и поправку на расходное газосодержание β:

Коэффициенты \(k_1\), \(m_1\), \(k_2\), \(m_2\) задаются пользователем и равны по умолчанию 1, 2.5, 1 и 80 соответственно. Вид функции \(ζ_0/ζ\) представлен на рис.8.4.5, эта зависимость имитирует экспериментальные кривые, приведенные в [ 7 ].

Параметр ζ0 задается пользователем либо рассчитывается по формуле для диафрагмы с острыми краями в прямой трубе

где F0 – площадь сечения трубы, F1 – площадь сечения диафрагмы.

Критический расчет

Для определения критического расхода выполняется следующая последовательность расчета

где wch – критический расход, ρ – плотность смеси, \(a_{crit}\) – критическая скорость, CVliq – удельная теплоемкость при постоянном объеме жидкой фазы, CPvap – удельная теплоемкость при постоянном давлении газовой фазы, CVvap – удельная теплоемкость при постоянном объеме газовой фазы, ρvap – плотность газовой фазы, ρliq – плотность жидкой фазы, \(x\) – массовое газосодержание.

Диалог задания дросселя представлен на рис.8.4.6.