边界层

边界层，又称附面层是一个流体力学名词，表示流体中紧接着管壁或其他固定表面的部分。边界层是由黏滞力产生的效应，和雷诺数Re有关。一般提到的边界层是指速度的边界层。在边界层外，流体的速度接近定值，不随位置而变化。在边界层内，在固定表面上流速为0，距固定表面越远，速度会趋近一定值。若流体的速度为 u ( y ) {displaystyle u(y)} ， y {displaystyle y} 为该点和固定表面的距离，而流体在不受黏滞力影响的速度为自由速度 u o {displaystyle u_{o}} ，则可依下式定义边界层厚度（也称作速度边界层厚度） δ {displaystyle delta } ，即速度到达99%自由速度 u o {displaystyle u_{o}} 的位置：边界层厚度越小，边界层内速度的变化率越大，可以视为速度的扩散率越大。在不可压缩流中，位移厚度（displacement thickness）δ*或δ1可以用以下的方式定义：而在可压缩流中对应的定义如下（ ρ {displaystyle rho } 为流体密度）：位移厚度可视为若流体没有黏滞力，其速度为自由速度 u o {displaystyle u_{o}} ，若其流量（可压缩流中为质量流量）和原来流场的流量相同，流体可以减少的厚度。位移厚度可以量度在一流场中，因黏滞力而减少的流量。以类似的方式可以定义动量厚度（momentum thickness）θ或δ2：动量厚度可视为若流体没有黏滞力，其速度为自由速度 u o {displaystyle u_{o}} ，若其总动量和原来流场的动量相同，流体可以减少的厚度。在热传导中也有热的边界层。热边界层厚度定义和边界层厚度类似，是从边界到温度为99%原始流体温度位置的距离。 热的边界层厚度越小，表示热传的效果越好。热传的边界层厚度及速度边界层厚度的关系由普兰特尔数Pr控制。若 Pr=1，两者厚度相同；若Pr> 1，热传边界层厚度较薄，热传的效果较好；若 Pr < 1，热传边界层厚度较厚，热传的效果较差（如空气）。