прикордонний шар

Погран і чний шар, область течії в'язкої рідини (газу) з малою в порівнянні з поздовжніми розмірами поперечної товщиною, що утворюється у поверхні обтічного твердого тіла або на кордоні розділу двох потоків рідини з різними швидкостями, температурами або хімічним складом. П. с. характеризується різкою зміною в поперечному напрямку швидкості (динамічний П. с.), або температури (тепловий, або температурний, П. с.), або ж концентрацій окремих хімічних компонентів (дифузний, або концентраційний, П. с.). На формування течії в П. с. основний вплив роблять в'язкість, теплопровідність і дифузійна здатність рідини (газу). Усередині динамічного П. с. відбувається плавна зміна швидкості від її значення в зовнішньому потоці до нуля на стінці (внаслідок прилипання в'язкої рідини до твердої поверхні). Аналогічно всередині П. с. плавно змінюються температура і концентрація.

Режим течії в динамічному П. с. залежить від Рейнольдса числа Re і може бути ламінарним або турбулентним. При ламінарному режимі окремі частинки рідини (газу) рухаються по траєкторіях, форма яких близька до форми обтічного тіла або умовної межі розділу між двома рідкими (газоподібними) середовищами. При турбулентному режимі в П. с. на деякий осредненних рух частинок рідини в напрямку основного потоку накладається хаотичний, пульсаційне рух окремих рідких конгломератів. В результаті інтенсивність перенесення кількості руху, а також процесів тепло- і масопереносу різко збільшуються, що призводить до зростання коефіцієнта поверхневого тертя, тепло- і масообміну. Значення критичного числа Рейнольдса, при якому відбувається перехід в П. с. ламінарної течії в турбулентний, залежить від ступеня шорсткості обтічної поверхні, рівня турбулентності зовнішнього потоку, Маха числа М і деяких ін. Чинників. При цьому перехід ламінарного режиму течії в турбулентний зі зростанням Re відбувається в П. с. НЕ раптово, а є перехідна область, де поперемінно чергуються ламінарний і турбулентний режими.

Товщина d динамічного П. с. визначається як то відстань від поверхні тіла (або від кордону розділу рідин), на якому швидкість в П. с. можна практично вважати рівною швидкості в зовнішньому потоці. Значення d залежить головним чином від числа Рейнольдса, причому при ламінарному режимі течії d ~ l × Re-0.5, а при турбулентному - d ~ l × Re-0.2, де l - характерний розмір тіла.

Розвиток теплового П. с. визначається, крім числа Рейнольдса, також Прандтля числом , Яке характеризує співвідношення між товщиною динамічного і теплового П. с. Відповідно на розвиток дифузійного П. с. додатковий вплив надає диффузионное число Прандтля, або Шмідта число .

При великих швидкостях зовнішнього потоку газу усередині П. с. відбувається перехід кінетичної енергії молекул в теплову, внаслідок чого локальна температура газу збільшується. У разі теплоизолированной поверхні температура газу в П. с. може наближатися до температури гальмування

,

де Te температура газу поза П. с., k = cp / cv - відношення теплоємностей при постійному тиску і постійному об'ємі.

Характер перебігу в П. с. робить вирішальний вплив на відрив потоку від поверхні обтічного тіла. Причина цього полягає в тому, що при наявності досить великого позитивного поздовжнього градієнта тиску кінетична енергія загальмованих в П. с. частинок рідини стає недостатньою для подолання сил тиску, протягом в П. с. втрачає стійкість і виникає т. н. відрив потоку (див. відривний протягом ).

При дуже великих числах Рейнольдса товщина П. с. дуже мала в порівнянні з характерними розмірами тіла. Тому майже у всій області течії, за винятком тонкого П. с., Вплив сил в'язкості несуттєво порівняно з інерційних силами, і рідина в цій області можна розглядати як ідеальну. Одночасно внаслідок малої товщини П. с. тиск в ньому в поперечному напрямку можна практично вважати постійним. В результаті досить ефективним виявляється такий метод вивчення обтікання тіл потоком рідини (газу), коли все поле течії розбивається на 2 частини - область течії ідеальної рідини і тонкий П. с. у поверхні тіла. Перебіг в першій області вивчається за допомогою рівнянь руху ідеальної рідини, що дозволяє визначити розподіл тиску уздовж поверхні тіла; тим самим визначається і тиск в П. с. Перебіг всередині П. с. розраховується після цього з урахуванням в'язкості, теплопровідності і дифузії, що дозволяє визначити поверхневе тертя і коефіцієнт тепло- і масообміну. Однак такий підхід виявляється непридатним в явному вигляді в разі відриву потоку від поверхні тіла. Він непридатний і при малих Re, коли вплив в'язкості поширюється на досить великі відстані від поверхні тіла.

Літ .: Лойцянський Л. Г., Механіка рідини і газу, 4 видавництва., М., 1973; Шлихтинг Г .. Теорія прикордонного шару, пров. з нім., М., 1974; Основи теплопередачі в авіаційній і ракетній техніці, М., 1960; Кутателадзе С. С., Леонтьєв А. І., Тепломассообмен і тертя в турбулентному прикордонному шарі, М., 1972.

Н. А. Анфимов.