How ska vi tänka på "lager" av luftflöde?

För att förstå vad ett gränslag är att tänka på att luft rör sig över en platt platta. Före plattan och väldigt långt ifrån har luften överallt samma hastighet och riktning. Men direkt på plattan är hastigheten noll: molekyler direkt på plattan flyttar inte alls .

Mellan plattytan där luften inte rör sig och ett avstånd från det där luften har en konstant hastighet finns en zon där luften ändrar sin hastighet mycket. Vi kallar det här gränsen för zonen.

Det finns inte någon klar och tydlig gräns som avgränsar den. Det är därför vi har många definitioner för dess tjocklek. Den streckade linjen i bilden nedan är förmodligen den 99% gränsen skikt tjocklek.

Generellt ger vi ett namn till ett lager när de fysiska effekterna och egenskaperna hos vätskan i denna betongzon kan differentieras från resten av flödet. De flesta är på vätskegränser (kroppsytor, platser där vätskor blir gasformiga ...) men du kan få dem i en vätska också (chockvågor).

I stället för att titta på hastigheten kan du till exempel titta på temperaturen hos en vätska som strömmar runt en mycket het kropp och definiera ett temperaturgränslager.

Några kända lager är:

• Laminärgränslager
• Turbulent gränsskikt
• Blasius gränslager
• Stokes gränsskikt
• Ekman lager
• Shock layer
• Knudsen lager
• Sammanslagna lager

För mig är den bästa jämförelsen med en flervägs väg. Föreställ dig att du kör längs och alla förare stannar i sin körfält. Då är det möjligt att alla bilar i en lane zip framåt medan en annan lane kryper längs.

Tänk nu att förare byter banor ofta. De långsamma som ändras till en snabb körfält kommer att tvinga de andra att bromsa, medan de snabba som skär in i en långsam körfält kommer att trycka på klackarna framåt.

Förare som stannar i sin lane är som luftmolekyler i ett laminärt flöde. De följer en rak väg och interagerar med sina grannar till vänster och höger, huvudsakligen genom skjuvning, vilket bara kommer att ändra sin hastighet långsamt. Å andra sidan vinklar luftmolekyler i turbulent flöde runt hela tiden och stöter på långsammare molekyler, eller störas av snabbare. Detta gör att alla antar samma hastighet, mer eller mindre. Bara vid väggen hittar du en stark hastighetsgradient, kanske som vid en olycka på en motorväg. De långsamma bilarna som kommer in på motorvägen snabbar snabbt när andra kommer att köra in i körfältet ofta.

Naturligtvis finns det inga banor och inga körfält markeringar i luften. Luftflödet är som en motorväg med ett oändligt antal oändligt små banor, och i stället för att producera olyckor skapar molekyler som stöter på varandra bara ett lokalt tryck. Gränsskiktet som nämns så ofta är i slutändan en fråga om definition: Gränsskiktet definieras för att sluta när det lokala flödet har nått 99% av flödeshastigheten utanför gränsskiktet. Detta gör det möjligt att splittra flödet i en regim utan viskösa effekter långt ifrån kroppen, vilket är lättare att beräkna, och en med viskösa effekter i ett tunnt ark runt det. I verkligheten finns det ingen sådan sak, all luft följer samma lagar.

Tänk på lagren mer som en vätska - tänk på rinnande vatten, precis som det ibland är ett snabbt rörligt flöde av vatten på ytan eller i ett mindre utrymme, med långsammare rörliga strömmar under ytan.

Aerodynamik är faktiskt ett område för vätskedynamik, med luft som komprimerbar vätska.

Navier-Stokes-ekvationen kan härledas för att visa matematiskt hur gränslinjen verkligen fungerar om du vill invesigera ytterligare.