Пограничный слой
В физике и гидромеханике пограничный слой — это тонкий слой жидкости в непосредственной близости от граничной поверхности , образованной жидкостью, текущей по поверхности. Взаимодействие жидкости со стенкой приводит к граничному условию прилипания (нулевой скорости на стенке). Затем скорость потока монотонно увеличивается над поверхностью, пока не вернется к объемной скорости потока. Тонкий слой, состоящий из жидкости, скорость которой еще не вернулась к объемной скорости потока, называется скоростным пограничным слоем.
Воздух рядом с человеком нагревается, в результате чего возникает гравитационно-индуцированный конвективный воздушный поток, воздушный поток, который приводит как к скоростному, так и к тепловому пограничному слою. Ветер разрушает пограничный слой, а волосы и одежда защищают его, отчего человеку становится прохладнее или теплее. На крыле самолета скоростным пограничным слоем называется часть потока вблизи крыла, где вязкие силы искажают окружающий невязкий поток. В атмосфере Земли атмосферным пограничным слоем является слой воздуха (~ 1 км) у земли. На него влияет поверхность; тепловые потоки день-ночь , вызванные солнечным нагревом земли, влагой или передачей импульса к поверхности или от нее.
Ламинарные пограничные слои можно условно классифицировать в соответствии с их структурой и обстоятельствами, при которых они образуются. Тонкий слой сдвига, который развивается на колеблющемся теле, является примером пограничного слоя Стокса , а пограничный слой Блазиуса относится к известному решению подобия вблизи прикрепленной плоской пластины, удерживаемой в набегающем однонаправленном потоке, и пограничного слоя Фолкнера-Скана , обобщение профиля Блазиуса. Когда жидкость вращается и вязкие силы уравновешиваются эффектом Кориолиса (а не конвективной инерцией), слой Экманаформы. В теории теплообмена возникает тепловой пограничный слой. Поверхность может иметь несколько типов пограничного слоя одновременно.
Вязкий характер воздушного потока снижает локальные скорости на поверхности и вызывает трение кожи. Слой воздуха над поверхностью крыла, который замедляется или останавливается за счет вязкости, называется пограничным слоем. Существует два различных типа течения в пограничном слое: ламинарное и турбулентное. [1]
Ламинарная граница представляет собой очень гладкое течение, тогда как турбулентный пограничный слой содержит завихрения или «водовороты». Ламинарный поток создает меньше сопротивления поверхностного трения, чем турбулентный поток, но менее стабилен. Течение пограничного слоя над поверхностью крыла начинается как плавное ламинарное течение. По мере того, как поток продолжается назад от передней кромки, толщина ламинарного пограничного слоя увеличивается.
На некотором расстоянии назад от передней кромки гладкое ламинарное течение обрывается и переходит в турбулентное. С точки зрения аэродинамического сопротивления желательно иметь переход от ламинарного к турбулентному потоку как можно дальше от крыла или иметь большую часть поверхности крыла в пределах ламинарной части пограничного слоя. Однако ламинарный поток с низкой энергией имеет тенденцию разрушаться быстрее, чем турбулентный слой.
