Физическая энциклопедия - пограничный слой

область течения вязкой жидкости (газа) с малой по сравнению с продольными размерами поперечной толщиной, образующаяся у поверхности обтекаемого тв. тела, у стен канала, по к-рому течёт жидкость, или на границе раздела двух потоков жидкости с разл. скоростями, темп-рами или хим. составом. П. с. характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамич. П. с.) или темп-ры (тепловой, или температурный, П. с.) или же концентраций отд. хим. компонентов (диффузионный, или концентрационный, П. с.). На, формирование течения в П. с. осн. влияние оказывают вязкость, теплопроводность и диффузионная способность жидкости (газа). Внутри динамич. П. с. происходит плавное изменение скорости от её значения во внеш. потоке до нуля на стенке (вследствие прилипания вязкой жидкости к тв. поверхности). Аналогично внутри П. с. плавно изменяются темп-pa и концентрация. Режим течения в динамич. П. с. зависит от Рейнольдса числа Re и может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме отд. ч-цы жидкости (газа) движутся по траекториям, форма к-рых близка к форме обтекаемого тела или условной границы раздела между двумя жидкими (газообразными) средами.

При турбулентном режиме в П. с. на нек-рое осреднённое движение ч-ц жидкости в направлении осн. потока налагается хаотическое, пульсационное движение отд. жидких конгломератов. В результате интенсивность переноса кол-ва движения, а также процессов теплои массопереноса резко увеличивается, что приводит к возрастанию коэфф. поверхностного трения, теплои массообмена.

Значение критич. числа Рейнольдса, при к-ром в П. с. происходит переход ламинарного течения в турбулентное, зависит от степени шероховатости обтекаемой поверхности, уровня турбулентности внеш. потока, Маха числа М и нек-рых др. факторов. При этом переход ламинарного режима течения в турбулентный с возрастанием Re происходит в П.

с. не внезапно, а имеется переходная область, где попеременно чередуются ламинарный и турбулентный режимы. Толщина d динамич. П. с. определяется как то расстояние от поверхности тела (или от границы раздела жидкостей), на к-ром скорость в П. с. можно практически считать равной скорости во внеш.

потоке. Значение 6 зависит гл. обр. от числа Рейнольдса, причём при ламинарном режиме течения d=l•Re-0,5, а при турбулентном d=l•Re-0,2, где l характерный размер тела. Развитие теплового П. с. определяется, помимо числа Рейнольдса, также Прандтля числом, к-рое характеризует соотношение между толщинами динамич. и теплового П. с. Соответственно на развитие диффузионного П.

с. дополнит. влияние оказывает диффузионное число Прандтля или Шмидта число. Внутри П. с. кинетич. энергия молекул переходит в тепловую, вследствие чего при больших скоростях внеш. потока локальная темп-pa газа увеличивается. В случае теплоизолированной поверхности темп-pa газа в П.

с. может приближаться к т. н. темп-ре торможения Т0=Те(1+((k-1)/2)М2), где Тетемп-pa газа вне П. с., k=cp/cvотношение теплоёмкостей при пост. давлении и пост. объёме. Характер течения в П. с. оказывает решающее влияние на отрыв потока от поверхности обтекаемого тела. Причина этого заключается в том, что при наличии достаточно большого положит.

продольного градиента давления кинетич. энергия заторможённых в П. с. ч-ц жидкости становится недостаточной для преодоления сил давления, течение в П. с. теряет устойчивость и возникает т. н. отрыв потока (см. ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ). При больших числах Рейнольдса толщина П. с. очень мала по сравнению с характерными размерами тела. Поэтому почти во всей области течения, за исключением тонкого П.

с., влияние сил вязкости несущественно по сравнению с инерционными силами, и жидкость в этой области можно рассматривать как идеальную. Одновременно вследствие малой толщины П. с. давление в нём в поперечном направлении можно практически считать постоянным. В результате весьма эффективным оказывается такой метод изучения обтекания тел потоком жидкости (газа), когда всё поле течения разбивается на две части область течения идеальной жидкости и тонкий П.

с. у поверхности тела. Течение в первой области изучается с помощью ур-ний движения идеальной жидкости, что позволяет определить распределение давления вдоль поверхности тела; тем самым определяется и давление в П. с. Течение внутри П. с. рассчитывается после этого с учётом вязкости, теплопроводности и диффузии, что позволяет определить поверхностное трение и коэфф.

теплои массообмена. Однако такой подход оказывается неприменимым в явном виде в случае отрыва потока от поверхности тела. Он неприменим и при малых Re, когда влияние вязкости распространяется на довольно большую часть возмущённой области течения. .