Толщина пограничного слоя
На этой странице описаны некоторые параметры, используемые для характеристики толщины и формы пограничных слоев , образованных жидкостью, текущей по твердой поверхности. Определяющей характеристикой течения в пограничном слое является то, что у твердых стенок скорость жидкости уменьшается до нуля. Пограничный слой относится к тонкому переходному слою между стенкой и объемным потоком жидкости. Концепция пограничного слоя была первоначально разработана Людвигом Прандтлем [1] и в целом подразделяется на два типа: ограниченный и неограниченный. [2] Отличительной чертой между ограниченными и неограниченными пограничными слоями является то, что на пограничный слой существенно влияют более чем одна стена. Каждый из основных типов имеет ламинарный, переходный и турбулентный подтипы. Два типа пограничных слоев используют аналогичные методы для описания толщины и формы переходной области с несколькими исключениями, подробно описанными в разделе «Неограниченный пограничный слой». Характеристики, подробно описанные ниже, рассматривают стационарный поток, но легко распространяются на нестационарный поток.
Ограниченные пограничные слои — это название, используемое для обозначения течения жидкости вдоль внутренней стенки таким образом, что другие внутренние стенки оказывают влияние давления на течение жидкости вдоль рассматриваемой стенки. Определяющей характеристикой этого типа пограничного слоя является то, что профиль скорости по нормали к стенке часто плавно асимптотирует к постоянному значению скорости, обозначаемому как u e ( x ). Концепция ограниченного пограничного слоя изображена для стационарного потока, входящего в нижнюю половину тонкой плоской пластины. 2-D канал высотой H на рисунке 1 (поток и пластина простираются в положительном/отрицательном направлении, перпендикулярном оси xy) .-самолет). Примеры этого типа течения в пограничном слое встречаются при течении жидкости через большинство труб, каналов и аэродинамических труб. Двумерный канал, изображенный на рисунке 1, является стационарным, жидкость течет вдоль внутренней стенки с усредненной по времени скоростью u ( x , y ), где x — направление потока, а y — нормаль к стенке. Пунктирная линия H /2 добавлена для подтверждения того, что это ситуация с внутренним потоком трубы или канала и что верхняя стенка расположена над изображенной нижней стенкой. На рис. 1 показано поведение потока для Hзначения, превышающие максимальную толщину пограничного слоя, но меньшие толщины, при которой течение начинает вести себя как внешнее течение. Если расстояние от стенки до стенки H меньше толщины вязкого пограничного слоя, то профиль скорости, определяемый как u ( x , y ) в точке x для всех y , принимает параболический профиль в направлении y и толщина пограничного слоя составляет всего H /2.
У твердых стенок пластины скорость жидкости равна нулю ( граничное условие прилипания ), но по мере удаления от стенки скорость потока увеличивается без пика, а затем приближается к постоянной средней скорости u e ( x ) . Эта асимптотическая скорость может меняться или не меняться вдоль стенки в зависимости от геометрии стенки. Точка, в которой профиль скорости практически достигает асимптотической скорости, является толщиной пограничного слоя. Толщина пограничного слоя изображена изогнутой пунктирной линией, начинающейся у входа в канал на рис. 1. Невозможно определить точное место, в котором профиль скорости достигает асимптотической скорости. В результате ряд параметров толщины пограничного слоя, обычно обозначаемых как, используются для описания характерных масштабов толщины в области пограничного слоя. Также представляет интерес форма профиля скорости, которая помогает отличить ламинарный поток от турбулентного в пограничном слое. Форма профиля относится к y -поведению профиля скорости при переходе к u e ( x ).
