速度边界层是指当具有粘性且能润湿壁面的流体,经过壁面时由于粘滞力的作用,壁面附近的流体流速下降,直接贴附于壁面的流体静止不动的一个薄层。
当具有粘性且能润湿壁面的流体,经过壁面时由于粘滞力的作用,壁面附近的流体流速下降,直接贴附于壁面的流体静止不动,这样的一个薄层称为流动边界层。
由物面向外,流体速度迅速增大至当地自由流速度,即对应于理想绕流的速度,温度边界层一般与来流速度同量级。因而边界层内速度的法向垂直表面的方向梯度很大,即使流体粘度不大,如空气、水等,粘性力相对于惯性力仍然很大,起着显著作用,因而属粘性流动。而在边界层外,速度梯度很小,粘性力可以忽略,流动可视为无粘或理想流动。在高雷诺数下,边界层很薄,其厚度远小于沿流动方向的长度,根据尺度和速度变化率的量级比较,可将纳维-斯托克斯方程简化为边界层方程。求解高雷诺数绕流问题时,可把流动分为边界层内的粘性流动和边界层外的理想流动两部分,分别迭代求解。边界层有层流、湍流、混合流 ,低速(不可压缩)、高速(可压缩)以及二维、三维之分。
速度边界层是边界层理论的一个分支,边界层理论还包含了温度边界层和浓度边界层。本文主要介绍速度边界层。
图1为一速度为
的强制对流流体在平板垂直上方与平板平面平行的方向流过一平板。x和y分别代表流体的扩散距离和平板上方的垂直距离。由于摩擦作用,在板面处有一层不动的液膜,它的速度