速度邊界層

速度邊界層是指當具有粘性且能潤濕壁面的流體，經過壁面時由於粘滯力的作用，壁面附近的流體流速下降，直接貼附於壁面的流體靜止不動的一個薄層。

基本介紹

• 中文名：速度邊界層
• 外文名：speed boundary layer
• 劃分：流體運動
• 實質：速度分界點
• 劃分原因：流體貼服不動

定義

當具有粘性且能潤濕壁面的流體，經過壁面時由於粘滯力的作用，壁面附近的流體流速下降，直接貼附於壁面的流體靜止不動，這樣的一個薄層稱為流動邊界層。

由物面向外，流體速度迅速增大至當地自由流速度，即對應於理想繞流的速度，溫度邊界層一般與來流速度同量級。因而邊界層內速度的法向垂直表面的方向梯度很大，即使流體粘度不大，如空氣、水等，粘性力相對於慣性力仍然很大，起著顯著作用，因而屬粘性流動。而在邊界層外，速度梯度很小，粘性力可以忽略，流動可視為無粘或理想流動。在高雷諾數下，邊界層很薄，其厚度遠小於沿流動方向的長度，根據尺度和速度變化率的量級比較，可將納維-斯托克斯方程簡化為邊界層方程。求解高雷諾數繞流問題時，可把流動分為邊界層內的粘性流動和邊界層外的理想流動兩部分，分別疊代求解。邊界層有層流、湍流、混合流 ，低速（不可壓縮）、高速（可壓縮）以及二維、三維之分。

速度邊界層是邊界層理論的一個分支，邊界層理論還包含了溫度邊界層和濃度邊界層。本文主要介紹速度邊界層。

平板速度邊界層

圖1為一速度為的強制對流流體在平板垂直上方與平板平面平行的方向流過一平板。x和y分別代表流體的擴散距離和平板上方的垂直距離。由於摩擦作用，在板面處有一層不動的液膜，它的速度。由於流體的粘滯作用，在靠近板面處存在一個速度逐漸降低的區域，這個區域即為速度邊界層，它的厚度定義為速度為99%的流體層距離平板平面的垂直具體。顯然速度邊界層的厚度隨流體在平板上擴散距離增加而增加，圖1中擴散距離處的速度邊界層厚度大於擴散距離處的速度邊界層厚度。曲線或隨坐標軸x和y的變化示於圖2中。