边界层的意思

　　当流体经过一静止的固体或液体表面时，流体速度由界面的零值增至主流速度的范围称为边界层。边界层内由于速度在垂直表面的方向上快速变化，产生了较强的紊流，有助于热量及污染物的混合。除了速度边界层外，流体流经一高温的壁表面或面排放源时，在这些表面也会产生性质类似的垂直分布剖面（由表面的高温或高浓度垂直向上降低至主流的温度及浓度），分别称为温度边界层及浓度边界层。在大气扩散方面，离地面约500公尺的范围称为大气边界层，是研究空气污染物扩散最重要的区域。　　普朗特(L, Prandtl)于 1904年提出，在高雷诺兹数流动(high Reynolds number flow)中的流体，流过一流线型物体时，因流体分子黏性影响，会在固体边界自由流流速(free stream velocity) ，使得层邻近产生一层极薄的流层。层内的流体流速从边界表面上不滑动的零速度，急遽地增大到层外的自内流体在固体边界法线方向上有很大的流速梯度，形成不可忽视的剪力效应，此一薄层即为边界层。按牛顿黏性定律(Newton's law of viscosity)，层内某点之剪力为τ=μ?u/?y，式中τ为剪应力；μ为流体动力黏性系数；?u/?y为边界层法线方向的流速梯度。边界层的发生使流过固体表面的流场明显的分为二域：一者为边界层内的黏性流域(viscous flow region)，又称为剪力流域(shear flow region)；另者为层外无流速梯度、无剪力效应的自由流域(freestream region)，又称势流域(poteential flow region)。边界层厚度一般均视为从固体边界上，y=0，向边界层外取速度为自由流速的99%处的位置的厚度，称为动量边界层厚度(momentum boundary layer thickness)，简称边界层厚度(boundary layer thickness)。此边界层厚度一是一个比较实用但不甚确定的厚度，因为在接近边界层外缘处，流速梯度甚小，0.99 的位置不易确认。
　　边界层的存在，乃同时因层内极大的流速梯度而产生固体表面的摩擦力(skin friction)。摩擦应力为τ0=μ(?u/?y)y=0，此一结果描述了一项事实—不论黏性是如何小的流体，流过固体表面时都将产生拖力(drag)。
--作者:林佑辅

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