لایه مرزیBoundary Layer

.لایه مرزی ، در مکانیک سیالات ، لایه نازکی از گاز یا مایع در حال تماس با سطحی مانند سطح بال هواپیما یا داخل لوله است. سیال موجود در لایه مرزی تحت نیروهای برشی قرار می گیرد.هنگامی که جریانی به صورت خارجی روی یک جسم حرکت می‌کند، پدیده‌های بسیاری از دیدگاه مکانیک سیالات اتفاق می‌افتد. واضح است که مشخصه‌های جریان به شکل سطح وابسته هستند. از طرفی اگر شکل جسم را ثابت فرض کنیم، جریان عبوری روی آن به مشخصه‌های خود سیال هم‌چون سرعت، جهت حرکت، چگالی، لزجت و … نیز وابسته خواهد بود.خودرویی در حال حرکت را در نظر بگیرید. واضح است که سرعت ذرات هوای چسبیده به بدنه، برابر با سرعت خودرو هستند. از طرفی اگر به اندازه کافی از خودرو دور شویم، می‌بینیم که هوای اطراف به صورت ساکن قرار گرفته است. بنابراین در نزدیکی مرز جسم، سرعت نسبی هوا و خودرو صفر و در دوردست این سرعت غیر صفر است. در نتیجه در فاصله‌ای بسیار اندک از بدنه خودرو گرادیان سرعت تشکیل می‌شود.به ناحیه‌ای که در آن سرعت سیال تحت تاثیر نیرو‌های برشی قرار گرفته، «لایه‌مرزی» (Boundary Layer) گفته می‌شود. در این ناحیه سرعت سیال متغیر است. هنگامی که جریانی رو سطح به حرکت در می‌آید، در ابتدا لایه‌مرزی به صورت «لایه‌ای» (Laminar) است. هم‌چنین پس از آنکه که جریان بخشی از مرز جامد را طی می‌کند، ضخامت لایه‌مرزی رشد کرده و حرکت سیال ناپایدارتر می‌شود. در این حالت جریان شروع به توربولانس شدن می‌کند. گفتنی است که در ناحیه توربولانس، ذرات سیال به صورت تصادفی حرکت می‌کنند.
دقت کرده این لایه مرزی را به عنوان لایه ای از مایع در حال توسعه در جریانهای بسیار رینولدز عدد Re تعریف می کند ، یعنی با ویسکوزیته نسبتا کم در مقایسه با نیروهای اینرسی. این امر هنگامی مشاهده می شود که اجسام در معرض جریان هوا با سرعت زیاد قرار بگیرند یا بدن بسیار بزرگ بوده و سرعت جریان هوا متوسط ​​باشد. در این حالت ، در یک لایه مرزی نسبتاً نازک ، اصطکاک تنش برشی (نیروی برشی چسبناک):
τ
=
η
[
∂
u
/
∂
y
]
(که η وی ویسکوزیته دینامیکی است ؛
u
=
u
(
y
)
- "مشخصات" لایه مرزی جز مولفه سرعت طولی ، نگاه کنید به شکل 1) ممکن است بسیار بزرگ باشد. به ویژه ، در دیواری که u = 0 و
τ
w
=
η
[
/
u
/
∂
y
]
w
است گرچه ممکن است ویسکوزیته نسبتاً کوچک باشد.