Co je to ve fyzice hraniční vrstva?

Hraniční vrstva nastává, když tekutina protéká kolem pevného povrchu. Obvykle je definována jako oblast tekutiny, jejíž rychlost je menší než 99% neimopedovaného toku tekutin. Jinými slovy, je to zóna pohyblivé tekutiny, která je zpomalena o více než 1 procenta stacionárním povrchem. Hraniční vrstva byla definována tak, aby lépe porozuměla mechanice tekutin rozdělením toku do dvou oblastí, které vykazují odlišné chování. Regiony uvnitř i vně mezní vrstvy také generují tření různými způsoby.

Časným problémem ve výzkumu aerodynamiky bylo řešení komplexních navier-Stokesových rovnic, o nichž se předpokládá, že řídí tok tekutiny. Existuje mnoho případů, kdy řešení rovnic Navier-Stokes nejsou známa. Bylo však zjištěno, že tok tekutin vykazoval dva obecné způsoby chování: laminární a turbulentní. Laminární tok je hladký a předvídatelný tok, jako tok míče padající přes med. Turbulentní tok je náhodný a násilný, jakoTo vychází z požární hadice.

Hraniční vrstva odděluje tyto dvě zóny toku tekutin. Uvnitř mezní vrstvy je tok primárně laminární. V této oblasti je chování toku dominováno viskózními napětími. Viskózní napětí je přímo úměrný rychlosti procházejícího objektu; Vysoce viskózní tekutina, jako je med, ukládá objekty velké tření, které se pohybují rychle. Laminární tok je charakterizován tekutinou tekoucí v paralelních liniích bez nesrovnalostí.

Mimo hraniční vrstvu je tok tekutin dominantně turbulentní. Turbulentní tok, ať už v kapalině nebo plynu, ukazuje podobné chování. Chaotické změny rychlosti a směru částic znemožňují přesné předpovědi se současnými znalostmi. Účinek tření v turbulentním toku se také liší od laminárního toku. Tření obecně již není úměrné rychlosti tekutin v turbulentním regionumuži.

Důvod, proč v nich golfové míče mají jamky, souvisí s hraniční vrstvou vzduchu. Při nízkých rychlostech, například během uvedení, by dokonale sférický golfový míček neměl velký problém s třením vzduchu. Během letu s vysokou rychlostí by však sférické golfové míče měly větší okrajovou vrstvu než tlumené koule-což by znamenalo, že by laminární způsob plynul více vzduchu. Tento laminární tok by ve skutečnosti způsobil více tření vzduchu než turbulentní tok. Golfové míče ztlumené létají dále než jejich sférické protějšky, protože mají menší mezní vrstvu a nezažívají tolik tření vzduchu.