«Пограничный слой»

область течения вязкой жидкости (газа) с малой по сравнению с продольными размерами поперечной толщиной, образующаяся у поверхности обтекаемого твёрдого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. П. с. характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический П. с.), или температуры (тепловой, или температурный, П. с.), или же концентраций отдельных химических компонентов (диффузионный, или концентрационный, П. с.). На формирование течения в П. с. основное влияние оказывают вязкость, теплопроводность и диффузионная способность жидкости (газа). Внутри динамического П. с. происходит плавное изменение скорости от её значения во внешнем потоке до нуля на стенке (вследствие прилипания вязкой жидкости к твёрдой поверхности). Аналогично внутри П. с. плавно изменяются температура и концентрация.

Режим течения в динамическом П. с. зависит от Рейнольдса числа (См. Рейнольдса число)Re и может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме отдельные частицы жидкости (газа) движутся по траекториям, форма которых близка к форме обтекаемого тела или условной границы раздела между двумя жидкими (газообразными) средами. При турбулентном режиме в П. с. на некоторое осреднённое движение частиц жидкости в направлении основного потока налагается хаотическое, пульсационное движение отдельных жидких конгломератов. В результате интенсивность переноса количества движения, а также процессов тепло- и массопереноса резко увеличиваются, что приводит к возрастанию коэффициента поверхностного трения, тепло- и массообмена. Значение критического числа Рейнольдса, при котором происходит переход в П. с. ламинарного течения в турбулентное, зависит от степени шероховатости обтекаемой поверхности, уровня турбулентности внешнего потока, Маха числа (См. Маха число)М и некоторых 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 δ динамического П. с. определяется как то расстояние от поверхности тела (или от границы раздела жидкостей), на котором скорость в П. с. можно практически считать равной скорости во внешнем потоке. Значение δ зависит главным образом от числа Рейнольдса, причём при ламинарном режиме течения δ Пограничный слой l․Re^-0.5, а при турбулентном — δ Пограничный слой l․Re^-0.2, где l — характерный размер тела.

Развитие теплового П. с. определяется, помимо числа Рейнольдса, также Прандтля числом, которое характеризует соотношение между толщинами динамического и теплового П. с. Соответственно на развитие диффузионного П. с. дополнительное влияние оказывает диффузионное число Прандтля, или Шмидта число.

При больших скоростях внешнего потока газа внутри П. с. происходит переход кинетической энергии молекул в тепловую, вследствие чего локальная температура газа увеличивается. В случае теплоизолированной поверхности температура газа в П. с. может приближаться к температуре торможения

где T_e температура газа вне П. с., k = c_p/c_v — отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном 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 положительного продольного градиента давления кинетическая энергия заторможенных в П. с. частиц жидкости становится недостаточной для преодоления сил давления, течение в П. с. теряет устойчивость и возникает т. н. отрыв потока (см. Отрывное течение).

При очень 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 инерциальными 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 2 части — область течения идеальной жидкости и тонкий П. с. у поверхности тела. Течение в первой области изучается с помощью уравнений 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 коэффициент тепло- и 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 большие расстояния от поверхности тела.

Лит.: Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 4 изд., М., 1973; Шлихтинг Г.. Теория пограничного слоя, пер. с нем., М., 1974; Основы теплопередачи в авиационной и ракетной технике, М., 1960; Кутателадзе С. С., Леонтьев А. И., Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое, М., 1972.

Н. А. Анфимов.

ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ - тонкая область течения вязкой жидкости (газа), которая образуется у поверхности обтекаемого ею твердого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. В пограничном слое скорость (температура, концентрация) резко изменяется; напр., скорость жидкости от нуля на поверхности обтекаемого тела, к которой она прилипает, возрастает в результате внутреннего трения до скорости основного потока.

interface

boundary layer метео

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 тепло- и массопереноса резко увеличивается, что приводит к возрастанию коэфф. поверхностного трения, тепло- и 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 Те— темп-pa газа вне П. с., k=cp/cv— отношение 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. тепло- и 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.

пограни́чный слой

тонкая область течения вязкой жидкости (газа), которая образуется в результате внутреннего трения у поверхности обтекаемого ею твердого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. В пограничном слое скорость (температура, концентрация) резко изменяется; например, скорость жидкости от нуля на поверхности обтекаемого тела, к которой она прилипает, возрастает до скорости основного потока.

* * *

ПОГРАНИ́ЧНЫЙ СЛОЙ, тонкая область течения вязкой жидкости (газа), которая образуется у поверхности обтекаемого ею твердого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. В пограничном слое скорость (температура, концентрация) резко изменяется; напр., скорость жидкости от нуля на поверхности обтекаемого тела, к которой она прилипает, возрастает в результате внутреннего трения до скорости основного потока.

- область больших значений градиента функций, в частности в гидродинамике, область течения вязкой жидкости (газа) с малой по сравнению с продольными размерами поперечной толщиной, образующаяся у поверхности обтекаемого твердого тела или на границе раздела двух потоков жидкостей с различными скоростями, температурами или химич. составами. П. с. характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический П. с.) или температуры (тепловой, или температурный, П. с.), или же концентраций отдельных химич. компонентов (диффузионный, или концентрационный, П. с.). Понятие П. с. и сам термин были введены Л. Прандтлем (L. Prandtl, 1904) в связи с решением краевой задачи для нелинейных уравнений с частными производными гидродинамики вязких жидкостей. Нужды развития авиации определили разработку теории П. с. в аэрогидродинамике. В сер. 20 в. стала развиваться математическая пограничного слоя теория, а также приложения в теории теплопередачи, диффузии, процессов в полупроводниках и др. Ю. Д. Шмыглевский.

в гидромеханике - тонкий слой жидкости или газа, образующийся при обтекании ими твёрдого тела. Скорость у поверхности равна нулю (из-за внутр. трения), а на внеш. границе П. с. - скорости осн. потока. П. с. тем тоньше, чем меньше вязкость. Исследование П. с. имеет важное практич. значение в аэрогидродинамике, метеорологии и т. д.

boundary layer метео

* * *

boundary layer

strato confinario [limite]

примежо́вий шар

примежо́вий шар

тонкая область течения вязкой жидкости (газа), к-рая образуется в результате внутр. трения у поверхности обтекаемого ею тв. тела или на границе раздела двух потоков жидкости с разл. скоростями, темп-рами или хим. составом. В П. с. скорость (тсмп-ра, концентрация) резко изменяется; напр., скорость жидкости от нуля на поверхности обтекаемого тела, к к-рой она прилипает, возрастает до скорости осн. потока.