W fizyce, czym jest warstwa graniczna?

Warstwa graniczna występuje, gdy płyn przepływa obok stałej powierzchni.Zazwyczaj definiuje się go jako obszar płynu, którego prędkość jest mniejsza niż 99% niezakłóconego przepływu płynu.Innymi słowy, jest to strefa poruszającego się płynu, który jest spowolniony o ponad 1 procent przez powierzchnię stacjonarną.Warstwa graniczna została zdefiniowana, aby lepiej zrozumieć mechanikę płynów poprzez dzielenie przepływu na dwa regiony, które wykazują różne zachowanie.Regiony wewnątrz i na zewnątrz warstwy granicznej również generują tarcie na różne sposoby.

Wczesnym problemem w badaniach aerodynamicznych było rozwiązanie złożonych równań Navier-Stokesa, które, jak się uważa, rządzą przepływem płynu.Istnieje wiele przypadków, w których rozwiązania równań Navier-Stokes nie są znane.Zauważono jednak, że przepływ płynu wykazywał dwa ogólne tryby zachowania: laminarne i turbulentne.Przepływ laminarny jest gładki i przewidywalny przepływ, podobnie jak piłka opadająca przez miód.Turbulentne przepływ jest przypadkowy i gwałtowny, jak ten wychodzący z węża pożarowego.

Warstwa graniczna oddziela te dwie strefy przepływu płynu.Wewnątrz warstwy granicznej przepływ jest przede wszystkim laminarny.W tym regionie zachowanie przepływu są zdominowane przez naprężenia lepkie.Naprężenie lepkie jest wprost proporcjonalne do prędkości przejeżdżającego obiektu;Bardzo lepki płyn, podobnie jak miód, nakłada wiele tarcia na obiekty poruszające się przez niego szybko.Przepływ laminarny charakteryzuje się przepływem płynu w równoległych liniach bez nieregularności.

Poza warstwą graniczną przepływ płynu jest dominująco turbulentny.Turbulentne przepływ, zarówno w cieczy, jak i gazu, wykazuje podobne zachowanie.Chaotyczne zmiany prędkości i kierunku cząstek uniemożliwiają precyzyjne prognozy z obecną wiedzą.Wpływ tarcia w przepływu turbulentnego różni się również od przepływu laminarnego.Tarcie na ogół nie jest już proporcjonalne do prędkości płynów w burzliwym schemacie.

Powód, dla którego kule golfowe mają w nich wgłębienia związane z warstwą graniczną powietrza.Przy niskich prędkościach, na przykład podczas umieszczania, idealnie sferyczna piłka golfowa nie miałaby większego problemu z tarciem powietrza.Jednak podczas lotu o dużej prędkości sferyczne kulki golfowe miałyby większą warstwę graniczną niż wgłębione kulki i mdash; co oznaczałoby, że płynie więcej powietrza w laminarny sposób.Ten przepływ laminarny faktycznie spowodowałby więcej tarcia powietrznego niż przepływ turbulentny.Wgłębione piłki golfowe latają dalej niż ich kuliste odpowiedniki, ponieważ mają mniejszą warstwę graniczną i nie doświadczają tak dużej tarcie powietrza.