CN107504238B - 临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，包括缩放式的文丘里喷管本体，所述文丘里喷管本体的内腔穿设有导杆，且所述导杆的中心轴线与文丘里喷管本体的中心轴线重合，所述导杆上套设有横跨喉部直管段用于控制流体流量的浮子；所述文丘里喷管本体外套设有刚性壳体，所述刚性壳体的内壁与文丘里喷管本体的外壁之间围合形成容纳腔；所述容纳腔内设置有环绕文丘里喷管本体的弹性环形室，所述弹性环形室的内圈与喉部直管段的外圈贴合，所述弹性环形室的外圈与刚性壳体的内壁贴合；所述弹性环形室上设置有贯穿刚性壳体的刚性导管。本发明能够实现不可压缩流体的临界流动时不需要发生汽蚀，具有流速低、阻力损失小、安全可靠的优点。

Description

临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管

技术领域

本发明涉及流体控制和测量技术领域，具体涉及一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管。

背景技术

临界流广泛应用于科学研究和工程技术中。在一定的进口参数下，当下游压强达到某一临界值时，流过节流装置的质量流量会达到一个最大值，如果进一步降低下游压强，流量仍将维持恒定不变，此时的流动状态称为临界流。利用临界流的流动特性，可以实现流量的精确控制和测量。

对于可压缩流体，维持进口压力不变，当流速在临界流喷管喉部达到当地音速时，下游的压力波无法向上游传播，流动即达到临界流状态，这种文丘里喷管一般称为音速文丘里喷管。而对于不可压缩流体流经文丘里喷管的情况，一般在流速尚未加速到音速前就因压强达到饱和蒸汽压而开始汽化，在喉部及喉部下游形成一个气泡区，气泡区的形态随压力而变化，可以阻断下游压强扰动对流量的影响，实现临界流，这种原理实现临界流的文丘里喷管称为汽蚀文丘里喷管。无论对于音速文丘里喷管还是汽蚀文丘里喷管，当进口压力发生变化时，临界流量往往也会随之发生变化。

音速文丘里喷嘴或气体临界流文丘里喷嘴，由于国际标准 ISO9300的建立，得到了广泛的应用。气体临界流文丘里喷嘴稳定可靠，阻力损失小，各种相关研究也比较成熟。但是到目前为止，对于液体临界流装置却没有与之类似的标准建立。这是因为当流体在汽蚀文丘里喷管中达到临界流状态时，气泡区的气泡会在随后的升压过程中发生破裂，产生噪音和振动，对管壁产生侵蚀，影响设备安全。此外，由于一般液体的饱和蒸汽压都很低，要形成临界流流必须产生非常大的压降，从而造成巨大的阻力损失。这也限制了不可压缩临界流装置在工业生产中的应用。

发明内容

本发明目的在于克服上述背景技术的不足，而提供一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，能够在较低流速和较小的阻力损失下完全模仿汽蚀文丘里喷管的流量控制功能，不需要液体降低压力发生汽蚀就可以实现临界流，具有流速低、阻力损失小的优点。

为实现上述目的，本发明所提供的一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，包括具有弹性壁面的文丘里喷管本体，所述文丘里喷管本体由顺序连接的头部收缩段、喉部直管段、以及尾部扩散段组成；

所述文丘里喷管本体位于头部收缩段的进口端设置有上游安装孔板，所述文丘里喷管本体位于尾部扩散段的出口端设置有下游安装孔板；所述文丘里喷管本体的内腔穿设有导杆，且所述导杆的中心轴线与文丘里喷管本体的中心轴线重合；所述导杆的一端与上游安装孔板的中心孔螺纹连接，所述导杆的另一端与下游安装孔板的中心孔螺纹连接；

所述导杆上套设有横跨喉部直管段用于控制流体流量的浮子，且浮子的两端分别向上游安装孔板、下游安装孔板延伸形成流线型结构；所述浮子朝向上游安装孔板的一端为自由端，所述浮子朝向下游安装孔板的一端通过套设在导杆上的弹簧与下游安装孔板连接，所述浮子可在流体的驱动下沿导杆轴向滑动与喉部直管段形成面积可变的流通通道；

所述文丘里喷管本体外套设有刚性壳体，所述刚性壳体的内壁与文丘里喷管本体的外壁之间围合形成容纳腔；所述容纳腔内设置有环绕文丘里喷管本体的弹性环形室，所述弹性环形室的内圈与喉部直管段的外圈贴合，所述弹性环形室的外圈与刚性壳体的内壁贴合；所述弹性环形室上设置有贯穿刚性壳体的刚性导管；

所述刚性壳体的外壁上设置有径向布置的流量调节室，且流量调节室与弹性环形室的刚性导管正对布置；所述流量调节室通过设置在其内部的中隔板分隔为上腔室和下腔室；所述流量调节室内设置有垂直贯穿中隔板且可上下移动的流量调节活塞，所述上腔室通过高压引导管与头部收缩段的进口端连通，所述下腔室通过刚性导管与弹性环形室连通。

上述技术方案中，所述流量调节活塞为由垂直贯穿中隔板的活塞杆、设置在活塞杆顶端的第一活塞头、以及设置在活塞杆底端的第二活塞头构成的双头活塞，且位于下腔室内的活塞杆上套设有流量调节弹簧，所述流量调节弹簧的顶端与中隔板的下端面抵接，所述流量调节弹簧的底端与第二活塞头的上端面抵接；所述上腔室通过第一活塞头分隔为第一空腔和第二空腔；所述下腔室通过第二活塞头分为第三空腔和第四空腔。

上述技术方案中，所述上腔室的第一空腔上设置有用于与外界恒压源连通的上背压孔，所述下腔室的第三空腔上设置有用于与外界恒压源连通的下背压孔；所述上腔室的第二空腔通过高压引导管与头部收缩段的进口端连通，所述下腔室的第四空腔通过刚性导管与弹性环形室连通。

上述技术方案中，所述上游安装孔板和下游安装孔板的结构相同，所述上游安装孔板包括外环、设置在外环的中部具有中心孔的内环、以及设置在外环的内壁与内环的外壁之间的支杆组成；所述支杆的数量为三根，且沿外环的内壁周向均匀间隔布置，相邻两根支杆之间留有供液体流通的扇形通道；所述导杆的两端均设置有外螺纹，所述内环的中心孔内壁设置有与外螺纹相匹配的内螺纹。

上述技术方案中，所述浮子由顺序连接的浮子首段、有效控制段、以及浮子尾段组成，所述浮子首段朝向上游安装孔板布置，所述浮子尾段朝向下游安装孔板布置，所述浮子的中心轴线与文丘里喷管本体的中心轴线重合。

上述技术方案中，所述上游安装孔板的外壁与刚性壳体的内壁之间设置有上游刚性底座；所述下游安装孔板与刚性壳体的内壁之间设置有下游刚性底座。

上述技术方案中，所述浮子的有效控制段沿其轴向方向的外形母线的形线方程由下式确定：

式中：x，y分别为外形母线上任意点对应的横坐标和纵坐标，Q 为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，R为喉部直管段的半径，ρ为流体密度，k为弹簧的弹性系数，b为弹簧的预压缩量，r为导杆的半径，L为有效控制段的长度。

上述技术方案中，所述壅塞特性系数θ与结构参数和流动参数有关，其具体表达形式θ＝θ(x)采用CFD数值模拟方法确定壅塞特性系数θ，具体步骤如下：

1)假设θ＝1；

2)根据步骤1)中的θ值，计算浮子的形线方程y＝f(x)；

3)根据步骤2)步中得到的形线方程确定浮子的结构，并建立相应的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的数值计算模型，然后利用 Fluent软件得到在不同的进、出口压差下流经所述喷管的相应流量 Q_num；

4)如果利用步骤3)步中的数值模拟结果，计算浮子在不同位移下的θ值，拟合壅塞特性系数θ新的表达形式θ＝θ(x)，并用该新的表达式代替步骤1)中的θ值，然后重复步骤2) 和步骤3)；

5)当时，迭代程序终止，得到的浮子形线方程 y＝f(x)满足所设计的临界流量要求。

上述技术方案中，所述有效控制段的长度L根据最大允许工作压差ΔP_max通过下式来确定，

式中：R为喉部直管段的半径，r为导杆的半径，Q为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，ρ为流体密度，k为弹簧的弹性系数，ΔP_max为文丘里喷管本体内未发生汽蚀时进、出口之间的最大压差。

上述技术方案中，所述浮子的最大行程小于或等于L。

与现有技术相比，本发明存在如下优点：

本发明的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管利用在具有弹性壁面的文丘里喷管中设置弹簧-浮子壅塞体结构，组成一种基于机械壅塞原理的新型的临界流量可调节的文丘里喷管结构，以使得其能够完全模仿传统汽蚀文丘里喷管的流量控制功能，即在下游压强发生扰动时保持流量不变，而当进口压强发生变化时，临界流量则可以随之发生改变，这样可以较方便的通过进口压力来调节临界流量的大小。此外，本发明的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管不需要液体降低压力发生汽蚀就可以实现临界流，因而具有流速低、阻力损失小的特点，是解决不可压缩流体临界流问题的一种有效实用的方法。

附图说明

图1为本发明临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的结构示意图；

图2为图1所示临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的侧视图；

图3为图1所示临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的俯视图；

图4为图1中弹性环形室的侧视结构示意图；

图5为图1中上游安装孔板的剖视结构示意图；

图6为图1中上游安装孔板的侧视结构示意图；

图7为图1中浮子的结构示意图；

图8是浮子有效控制段形线的优化流程示意图。

图中：1-文丘里喷管本体、1.1-头部收缩段、1.2-喉部直管段、1.3- 尾部扩散段、2-上游安装孔板、2.1-外环、2.2-内环、2.3-支杆、3-下游安装孔板、4-导杆、5-浮子、5.1-浮子首段、5.2-有效控制段、5.3- 浮子尾段、6-弹簧、7-刚性壳体、8-容纳腔、9-弹性环形室、9.1-刚性导管、10-流量调节室、10.1-中隔板、10.2-上腔室、10.21-第一空腔、 10.22-第二空腔、10.3-下腔室、10.31-第三空腔、10.32-第四空腔、11- 流量调节活塞、11.1-活塞杆、11.2-第一活塞头、11.3-第二活塞头、11.4- 流量调节弹簧、12-高压引导管、13-上游刚性底座、14-下游刚性底座。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1～3所示的一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，包括具有弹性壁面的文丘里喷管本体1，所述文丘里喷管本体1由顺序连接的头部收缩段1.1、喉部直管段1.2、以及尾部扩散段1.3组成；所述文丘里喷管本体1位于头部收缩段1.1的进口端设置有上游安装孔板2，所述文丘里喷管本体1位于尾部扩散段1.3的出口端设置有下游安装孔板3；所述文丘里喷管本体1的内腔穿设有导杆4，且所述导杆4的中心轴线与文丘里喷管本体1的中心轴线重合；所述导杆 4的一端与上游安装孔板2的中心孔螺纹连接，所述导杆4的另一端与下游安装孔板3的中心孔螺纹连接；所述导杆4上套设有横跨喉部直管段1.2用于控制流体流量的浮子5，且浮子5的两端分别向上游安装孔板2、下游安装孔板3延伸形成流线型结构；所述浮子5朝向上游安装孔板2的一端为自由端，所述浮子5朝向下游安装孔板3的一端通过套设在导杆4上的弹簧6与下游安装孔板3连接，所述浮子 5可在流体的驱动下沿导杆4轴向滑动与喉部直管段1.2形成面积可变的流通通道；所述文丘里喷管本体1外套设有刚性壳体7，所述刚性壳体7的内壁与文丘里喷管本体1的外壁之间围合形成容纳腔8；所述容纳腔8内设置有环绕文丘里喷管本体1的弹性环形室9，所述弹性环形室9的内圈与喉部直管段1.2的外圈贴合，所述弹性环形室 9的外圈与刚性壳体7的内壁贴合；所述弹性环形室9上设置有贯穿刚性壳体7的刚性导管9.1。所述上游安装孔板2的外壁与刚性壳体 7的内壁之间设置有上游刚性底座13；所述下游安装孔板3与刚性壳体7的内壁之间设置有下游刚性底座14，上游刚性底座13、下游刚性底座14通过焊接等方式与刚性壳体7固定连接。

如图4所示，所述刚性壳体7的外壁上设置有径向布置的流量调节室10，且流量调节室10与弹性环形室9的刚性导管9.1正对布置；所述流量调节室10通过设置在其内部的中隔板10.1分隔为上腔室 10.2和下腔室10.3；所述流量调节室10内设置有垂直贯穿中隔板10.1 且可上下移动的流量调节活塞11，所述上腔室10.2通过高压引导管 12与头部收缩段1.1的进口端连通，所述下腔室10.3通过刚性导管 9.1与弹性环形室9连通。所述流量调节活塞11为由垂直贯穿中隔板 10.1的活塞杆11.1、设置在活塞杆11.1顶端的第一活塞头11.2、以及设置在活塞杆11.1底端的第二活塞头11.3构成的双头活塞，且位于下腔室10.3内的活塞杆11.1上套设有流量调节弹簧11.4，所述流量调节弹簧11.4的顶端与中隔板10.1的下端面抵接，所述流量调节弹簧11.4的底端与第二活塞头11.3的上端面抵接；所述上腔室10.2通过第一活塞头11.2分隔为第一空腔10.21和第二空腔10.22；所述下腔室10.3通过第二活塞头11.3分为第三空腔10.31和第四空腔10.32。所述上腔室10.2的第一空腔10.21上设置有用于与外界恒压源连通的上背压孔10.4，所述下腔室10.3的第三空腔10.31上设置有用于与外界恒压源连通的下背压孔10.5；所述上腔室10.2的第二空腔10.22通过高压引导管12与头部收缩段1.1的进口端连通，所述下腔室10.3 的第四空腔10.32通过刚性导管9.1与弹性环形室9连通。弹性环形室9的壁面由弹性材料组成，内部充满与管道内流体相同或者不同的不可压缩流体介质，且通过刚性的刚性导管9.1与流量调节室10的下腔室10.3相连通。

如图5～6所示，所述上游安装孔板2和下游安装孔板3的结构相同，所述上游安装孔板2包括外环2.1、设置在外环2.1的中部具有中心孔的内环2.2、以及设置在外环2.1的内壁与内环2.2的外壁之间的支杆2.3组成；所述支杆2.3的数量为三根，且沿外环2.1的内壁周向均匀间隔布置，相邻两根支杆2.3之间留有供液体流通的扇形通道；所述导杆4的两端均设置有外螺纹，所述内环2.2的中心孔内壁设置有与外螺纹相匹配的内螺纹。外环2.1配合上游刚性底座13、下游刚性底座14对文丘里喷管本体1的弹性壁面进行压紧固定，防止弹性壁面在工作过程中发生轴向移动。导杆4的两端分别与上游安装孔板2和下游安装孔板3内环的中心孔螺纹连接，在压紧弹性壁面的同时，调节两者的相对位置可以对弹簧6的预压缩量进行微调。

如图7所示，所述浮子5由顺序连接的浮子首段5.1、有效控制段5.2、以及浮子尾段5.3组成，所述浮子首段5.1朝向上游安装孔板 2布置，所述浮子尾段5.3朝向下游安装孔板3布置。浮子5的中心轴线与与文丘里喷管本体1的中心轴线重合。浮子5的几何形状根据流体力学原理设计，尽量减小流动分离和对流体的阻力。浮子首段 5.1呈流线形可以减小阻力损失，提高浮子5运动的稳定性。

所述浮子5的有效控制段5.2沿其轴向方向的外形母线5.21的形线方程由下式确定：

式中：x，y分别为外形母线上任意点对应的横坐标和纵坐标，Q 为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，R为喉部直管段1.2的半径，ρ为流体密度，k为弹簧6的弹性系数，b为弹簧6的预压缩量，r为导杆4的半径，L为有效控制段5.2的长度。

所述壅塞特性系数θ与结构参数和流动参数有关，其具体表达形式θ＝θ(x)采用CFD数值模拟方法确定壅塞特性系数θ，具体步骤如下：

1)假设θ＝1；

2)根据步骤1)中的θ值，计算浮子的形线方程y＝f(x)；

3)根据步骤2)步中得到的形线方程确定浮子的结构，并建立相应的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的数值计算模型，然后利用 Fluent软件得到在不同的进、出口压差下流经所述喷管的相应流量 Q_num；

4)如果利用步骤3)步中的数值模拟结果，计算浮子在不同位移下的θ值，拟合壅塞特性系数θ新的表达形式θ＝θ(x)，并用该新的表达式代替步骤1)中的θ值，然后重复步骤2) 和步骤3)；

5)当时，迭代程序终止，得到的浮子形线方程y＝f(x)满足所设计的临界流量要求。

所述有效控制段5.2的长度L根据最大允许工作压差ΔP_max通过下式来确定，

式中：R为喉部直管段1.2的半径，r为导杆4的半径，Q为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，ρ为流体密度，k为弹簧的弹性系数，ΔP_max为文丘里喷管本体1内未发生汽蚀时进、出口之间的最大压差。所述浮子5的最大行程小于或等于L。

本发明临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的工作原理如下：当进口压强维持在设计压强值P_i时，弹性壁面文丘里喷管维持在其初始形状状态，喉部半径为R。当出口压强P_o发生变化时，依靠弹簧- 浮子“壅塞体”的伸缩运动能够维持流量的恒定，具体表现为：当下游压强降低时，浮子5两端的压差增大，压缩弹簧6向下游移动，浮子5与文丘里喷管本体1的喉部直管段1.2围成的环形流通通道面积缩小，加大了节流程度，阻止流量增大，维持流量恒定；反之当下游压强升高时，浮子5两端的压差减小，弹簧6拉伸，增加了环形通道的面积，降低了对流体的节流程度，维持流量不变。此时的临界流量为Q。

当进口压强由P_i增大为P_i ⁺时，第二空腔10.22中压强随之升高，推动流量调节活塞11向上运动，压缩第三空腔10.31中的流量调节弹簧11.4，同时使第四空腔10.32体积变大，变大的体积需要由弹性环形室9中的不可压缩流体介质来填充，导致弹性环形室9的体积变小，文丘里喷管本体1的弹性壁面在自身恢复力的作用下发生径向收缩，增大了喉口面积，使喉口半径变为R⁺。与进口压强为P_i的情况相比，浮子5在同一平衡位置时流通面积变大，因此流量变大为Q⁺。当下游压强P_o发生变化时，依靠弹簧-浮子“壅塞体”的伸缩运动自动调节流体流经时的阻力，抵消掉P_o变化对流量的影响，维持新的临界流量Q⁺不变。

当进口压强由P_i减小为P_i ^-时，第二空腔10.22中压强随之降低，流量调节活塞11的受力平衡被打破，在第三空腔10.31中流量调节弹簧11.4的推动下流量调节活塞11会向下运动，第四空腔10.32体积减小，更多的第四空腔10.32中的不可压缩流体介质进入弹性环形室9中，使得弹性环形室9的体积变大，驱动文丘里喷管本体1的弹性壁面发生径向上的伸张到图1中所示的虚线位置，因此文丘里喷管的喉口面积减小，使得喉口半径减小为R^-。与进口压强为P_i的情况相比，浮子5在同一平衡位置时流通面积变小，因此流量也减小到 Q^-。同样，当下游压强P_o发生变化时，弹簧-浮子“壅塞体”会自动的伸缩运动，调节流体流经时的阻力，抵消掉P_o变化对流量的影响，维持新的临界流量Q^-不变。

本发明的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管结构，能够在较低的流速和阻力损失下，完全模仿传统汽蚀文丘里喷管的流量控制功能，即在下游压强发生扰动时保持流量不变，而当进口压强发生变化时，临界流量则可以随之发生改变，这样可以较方便的通过进口压力来调节临界流量的大小，为解决工程应用领域中不可压缩流体临界流问题提供了一种有效实用的装置和方法。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，包括具有弹性壁面的文丘里喷管本体(1)，所述文丘里喷管本体(1)由顺序连接的头部收缩段(1.1)、喉部直管段(1.2)、以及尾部扩散段(1.3)组成，其特征在于：

所述文丘里喷管本体(1)位于头部收缩段(1.1)的进口端设置有上游安装孔板(2)，所述文丘里喷管本体(1)位于尾部扩散段(1.3)的出口端设置有下游安装孔板(3)；所述文丘里喷管本体(1)的内腔穿设有导杆(4)，且所述导杆(4)的中心轴线与文丘里喷管本体(1)的中心轴线重合；所述导杆(4)的一端与上游安装孔板(2)的中心孔螺纹连接，所述导杆(4)的另一端与下游安装孔板(3)的中心孔螺纹连接；

所述导杆(4)上套设有横跨喉部直管段(1.2)用于控制流体流量的浮子(5)，且浮子(5)的两端分别向上游安装孔板(2)、下游安装孔板(3)延伸形成流线型结构；所述浮子(5)朝向上游安装孔板(2)的一端为自由端，所述浮子(5)朝向下游安装孔板(3)的一端通过套设在导杆(4)上的弹簧(6)与下游安装孔板(3)连接，所述浮子(5)可在流体的驱动下沿导杆(4)轴向滑动与喉部直管段(1.2)形成面积可变的流通通道；

所述文丘里喷管本体(1)外套设有刚性壳体(7)，所述刚性壳体(7)的内壁与文丘里喷管本体(1)的外壁之间围合形成容纳腔(8)；所述容纳腔(8)内设置有环绕文丘里喷管本体(1)的弹性环形室(9)，所述弹性环形室(9)的内圈与喉部直管段(1.2)的外圈贴合，所述弹性环形室(9)的外圈与刚性壳体(7)的内壁贴合；所述弹性环形室(9)上设置有贯穿刚性壳体(7)的刚性导管(9.1)；

所述刚性壳体(7)的外壁上设置有径向布置的流量调节室(10)，且流量调节室(10)与弹性环形室(9)的刚性导管(9.1)正对布置；所述流量调节室(10)通过设置在其内部的中隔板(10.1)分隔为上腔室(10.2)和下腔室(10.3)；所述流量调节室(10)内设置有垂直贯穿中隔板(10.1)且可上下移动的流量调节活塞(11)，所述上腔室(10.2)通过高压引导管(12)与头部收缩段(1.1)的进口端连通，所述下腔室(10.3)通过刚性导管(9.1)与弹性环形室(9)连通；

所述流量调节活塞(11)为由垂直贯穿中隔板(10.1)的活塞杆(11.1)、设置在活塞杆(11.1)顶端的第一活塞头(11.2)、以及设置在活塞杆(11.1)底端的第二活塞头(11.3)构成的双头活塞，且位于下腔室(10.3)内的活塞杆(11.1)上套设有流量调节弹簧(11.4)，所述流量调节弹簧(11.4)的顶端与中隔板(10.1)的下端面抵接，所述流量调节弹簧(11.4)的底端与第二活塞头(11.3)的上端面抵接；所述上腔室(10.2)通过第一活塞头(11.2)分隔为第一空腔(10.21)和第二空腔(10.22)；所述下腔室(10.3)通过第二活塞头(11.3)分为第三空腔(10.31)和第四空腔(10.32)；

所述上腔室(10.2)的第一空腔(10.21)上设置有用于与外界恒压源连通的上背压孔(10.4)，所述下腔室(10.3)的第三空腔(10.31)上设置有用于与外界恒压源连通的下背压孔(10.5)；

所述上腔室(10.2)的第二空腔(10.22)通过高压引导管(12)与头部收缩段(1.1)的进口端连通，所述下腔室(10.3)的第四空腔(10.32)通过刚性导管(9.1)与弹性环形室(9)连通；

所述浮子(5)由顺序连接的浮子首段(5.1)、有效控制段(5.2)、以及浮子尾段(5.3)组成，所述浮子首段(5.1)朝向上游安装孔板(2)布置，所述浮子尾段(5.3)朝向下游安装孔板(3)布置，所述浮子(5)的中心轴线与文丘里喷管本体(1)的中心轴线重合；

所述浮子(5)的有效控制段(5.2)沿其轴向方向的外形母线的形线方程由下式确定：

式中：x，y分别为外形母线上任意点对应的横坐标和纵坐标，Q为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，R为喉部直管段(1.2)的半径，ρ为流体密度，k为弹簧(6)的弹性系数，b为弹簧(6)的预压缩量，r为导杆(4)的半径，L为有效控制段(5.2)的长度；

所述壅塞特性系数θ与结构参数和流动参数有关，其具体表达形式θ＝θ(x)采用CFD数值模拟方法确定壅塞特性系数θ，具体步骤如下：

1)假设θ＝1；

2)根据步骤1)中的θ值，计算浮子的形线方程y＝f(x)；

3)根据步骤2)步中得到的形线方程确定浮子的结构，并建立相应的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管的数值计算模型，然后利用Fluent软件得到在不同的进、出口压差下流经所述喷管的相应流量Q_num；

4)如果利用步骤3)步中的数值模拟结果，计算浮子在不同位移下的θ值，拟合壅塞特性系数θ新的表达形式θ＝θ(x)，并用该新的表达式代替步骤1)中的θ值，然后重复步骤2)和步骤3)；

5)当时，迭代程序终止，得到的浮子形线方程y＝f(x)满足所设计的临界流量要求；

所述有效控制段(5.2)的长度L根据最大允许工作压差ΔP_max通过下式来确定，

式中：R为喉部直管段(1.2)的半径，r为导杆(4)的半径，Q为临界质量流量，θ为壅塞特性系数，ρ为流体密度，k为弹簧的弹性系数，ΔP_max为文丘里喷管本体(1)内未发生汽蚀时进、出口之间的最大压差。

2.根据权利要求1所述的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，其特征在于：所述上游安装孔板(2)和下游安装孔板(3)的结构相同，所述上游安装孔板(2)包括外环(2.1)、设置在外环(2.1)的中部具有中心孔的内环(2.2)、以及设置在外环(2.1)的内壁与内环(2.2)的外壁之间的支杆(2.3)组成；所述支杆(2.3)的数量为三根，且沿外环(2.1)的内壁周向均匀间隔布置，相邻两根支杆(2.3)之间留有供液体流通的扇形通道；所述导杆(4)的两端均设置有外螺纹，所述内环(2.2)的中心孔内壁设置有与外螺纹相匹配的内螺纹。

3.根据权利要求1所述的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，其特征在于：所述上游安装孔板(2)的外壁与刚性壳体(7)的内壁之间设置有上游刚性底座(13)；所述下游安装孔板(3)与刚性壳体(7)的内壁之间设置有下游刚性底座(14)。

4.根据权利要求1所述的临界流量可调节的机械壅塞文丘里喷管，其特征在于：所述浮子(5)的最大行程小于或等于L。