浮力与水流压力

Question

我正在尝试设计一种使用廉价材料的水阀作为第一个原型。 来自 PVC 管 (1) 的水流到达阀体，并通过铝格栅 (3) 到达水箱。当水位上升时，浮子会在点 (2) 处关闭进水口。 enter image description here

如何计算阻止水流所需的浮力？而且，浮子的质量是多少？ 让我们回到基础；在这里，我提出了我一直在做的问题和一些数学运算，我想听听你的意见：

• 连接到 PVC 管 (2) 我有一个水流压力为...49 kPa（我需要用压力计检查）的花园软管，我连接了一个 25 直径和 0.5 米长PVC管。假设浮子密封了 PVC 管的另一侧，所以我需要计算水流压力对浮子产生的力。

请注意，我不是流体力学专家。

当我打开花园软管时，PVC管开始填充，所以基于这种情况：

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P1+ρgh_1+(v^1 ρ)/2=P2+ρgh_2+(v^2 ρ)/2

如果我以P1的高度为参考，h=0，PVC管和花园软管的管径相同（25mm），那么这两个点的水流速度是相等的：

P1=P2+ρgh_2

因此，如果花园软管压力为 49 Kpa：

49000 kg/(m s^2 )=P2+9.8 m/(s^2 ) x 1000 kg/m^3 x 0.5 m

P2=53900 kg/(m·s^2)

P2=53.9 千帕

好的，假设这个数学是正确的……现在我必须计算第 2 点对 PVC 管底部的力：

P=F/A

为了简化这个例子，我把PVC管的直径作为接触面积。

A=πr^2=π(〖0.025〗^2 )=0.002 m^2

F=107.8 N

如果水流的压力产生 107.8 N 的力，我需要一个更高值的相反力来抵消它。那是对的吗？ 我的目标是找到一种能产生足够浮力的材料（质量；面积）来阻止水流过阀门并密封进水口，当水位下降时，浮阀会让水流继续通过加满水箱。

Answer 1

我同意前面的评论：触点处的压力是换行处的总压力（针对高度 1 处的重力进行了校正）。当水流动时，其中一些压力会转换为动态压力，这意味着您将在点 1 测量较低的压力； p+1/2 v^2 处的总和应保持或多或少与 v 无关 - 如果我们忽略运行到点 1 的水头损失，这取决于流量。

无论如何，当阀门关闭时，流量无论如何都会停止，因此在没有流量的情况下测量静态压力会更加明显。

您需要选择浮子的密度和形式，使得由 $(水的密度 - 浮子材料的密度)*(所选水库高度下的淹没体积)$ 给出的浮力等于 $p2 * A $。