Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Пограничный слой

Пограничный слой (далее П) 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 жидкости с различными скоростями, температурами или составом. П характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический П), или температуры (тепловой, или температурный, П), или же концентраций отдельных компонентов (диффузионный, или концентрационный, П). На формирование течения в П основное влияние оказывают вязкость, теплопроводность и диффузионная способность жидкости (газа). Внутри динамического П происходит плавное изменение скорости от ее значения во внешнем потоке до нуля на стенке (вследствие прилипания вязкой жидкости к твердой поверхности). Аналогично внутри П плавно изменяются температура и концентрация.

  Режим течения в динамическом П зависит от Рейнольдса числа 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 на некоторое осредненное 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 ламинарного течения в турбулентное, зависит от степени шероховатости обтекаемой поверхности, уровня турбулентности внешнего потока, Маха числа М и некоторых др. факторов. При этом переход ламинарного режима течения в турбулентный с возрастанием происходит в П не внезапно, а имеется переходная область, где попеременно чередуются ламинарный и турбулентный режимы.

  Толщина d динамического П определяется как то расстояние от поверхности тела (или от границы раздела жидкостей), на котором скорость в П можно практически считать равной скорости во внешнем потоке. Значение d зависит главным образом от числа Рейнольдса, причем при ламинарном режиме течения d ~ l×-0.5, а при турбулентном — d ~ l×-0.2, где l — характерный размер тела.

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

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

,

где Te температура газа вне П, k = cp/cv отношение теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме.

  Характер течения в П 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 частиц жидкости становится недостаточной для преодоления сил давления, течение в П теряет устойчивость и возникает т. н. отрыв потока (см. Отрывное течение).

  При очень больших числах Рейнольдса толщина П очень мала по сравнению с характерными размерами тела. Поэтому почти во всей области течения, за исключением тонкого П, влияние сил вязкости несущественно по сравнению с инерциальными силами, и жидкость в этой области можно рассматривать как идеальную. Одновременно вследствие малой толщины П давление в нем в поперечном направлении можно практически считать постоянным. В результате весьма эффективным оказывается такой метод изучения обтекания тел потоком жидкости (газа), когда все поле течения разбивается на 2 части — область течения идеальной жидкости и тонкий П 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 Течение внутри П рассчитывается после этого с учетом 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 , 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.

 


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 21.08.2017 11:35:40


11:25 Юрий Шевчук обругал критиков Эллы Памфиловой
11:18 Три трупа обнаружили в Москве за последние сутки
11:18 Российский подросток погиб во время отдыха в Испании
10:59 Вор из Арканзаса увез банкомат на погрузчике
10:51 На Украине продолжили пользоваться «Яндексом» и «ВКонтакте» без Tor и VPN
10:46 Названа самая непопулярная среди туристов страна мира