ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОИ
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
химич. составом. П. с. характеризуется резким изменением в поперечном направлении
скорости (динамический П. с.), или темп-ры (тепловой, или температурный,
П. с.), или же концентраций отдельных химич. компонентов (диффузионный,
или концентрационный, П. с.). На формирование течения в П. с. основное
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 твёрдой поверхности). Аналогично внутри П. с. плавно
изменяются температура и концентрация.
Режим течения в динамич. П. с. зависит
от Рейнольдса числа Re и может быть ламинарным или турбулентным.
При ламинарном режиме отд. частицы 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 частиц жидкости в направлении осн.
потока налагается хаотическое, пульсацион-ное движение отдельных жидких
конгломератов. В результате интенсивность переноса количества движения,
а также процессов тепло- и массопереноса резко увеличиваются, что приводит
к возрастанию коэфф. поверхностного трения, тепло- и массообмена. Значение
критич. числа Рейнольдса, при к-ром происходит переход в П. с. 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 6 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 бl*Re-0,5, а при турбулентном - бl*Rе-0,2,
где l - характерный размер тела.
Развитие теплового П. с. определяется,
помимо числа Рейнольдса, также Пранд-тля 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.
При больших скоростях внеш. потока газа
внутри П. с. происходит переход кинетич. энергии молекул в тепловую, вследствие
чего локальная темп-pa газа увеличивается. В случае теплоизолиро-ванной
поверхности темп-pa газа в П. с. может приближаться к темп-ре тормо-
шение теплоемкостеи 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 кинетич. 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 инерц. 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 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 большие расстояния от поверхности тела.
Лит.: Лойцянский Л. Г., Механика
жидкости и газа, 4 изд., М., 1973; Шлих-тин г 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.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я