As an object moves through a fluid, or as a fluid moves past an object,the molecules of the fluid near theobject are disturbed and move around the object.Aerodynamicforces are generated between the fluid and the object. Wielkość tych sił zależy od kształtu obiektu, prędkości obiektu, masy płynu przechodzącego przez obiekt oraz od dwóch innych ważnych właściwości płynu: lepkości lub kleistości oraz ściśliwości lub sprężystości płynu. Aby prawidłowo modelować te efekty, inżynierowie lotnictwa i kosmonautyki używają parametrów podobieństwa, które są stosunkami tych efektów do innych sił obecnych w problemie. Jeśli dwa eksperymenty mają takie same wartości dla parametrów podobieństwa, to względne znaczenie sił sącorrectly modelled.
Siły aerodynamiczne zależą w złożony sposób od lepkości płynu. Gdy płyn porusza się obok obiektu, cząsteczki tuż przy powierzchni przylegają do niej. Cząsteczki tuż nad powierzchnią są spowalniane w zderzeniach z cząsteczkami przylegającymi do powierzchni. Te cząsteczki z kolei spowalniają przepływ tuż nad nimi. Im bardziej oddalamy się od powierzchni, tym mniejsza jest liczba zderzeń, na które wpływa powierzchnia obiektu. W ten sposób w pobliżu powierzchni powstaje cienka warstwa płynu, w której prędkość zmienia się od zera przy powierzchni do wartości swobodnego strumienia z dala od powierzchni. Inżynierowie nazywają tę warstwę warstwą graniczną, ponieważ występuje ona na granicy płynu.
Szczegóły przepływu w warstwie granicznej są bardzo ważne dla wielu problemów w aerodynamice, w tym przeciągnięcia skrzydła, tarcia skóry na obiekcie i wymiany ciepła występującej w locie z dużą prędkością.Niestety, fizyczne i matematyczne szczegóły teorii warstwy granicznej wykraczają poza zakres tego przewodnika dla początkujących i są zwykle studiowane w późnych latach studiów licencjackich lub magisterskich w college’u. W tym momencie przedstawimy tylko niektóre z efektów warstwy granicznej.
Na slajdzie pokazana jest zmiana prędkości w kierunku strumienia od swobodnego strumienia do powierzchni. W rzeczywistości efekty są trójwymiarowe. Z uwagi na zachowanie masy w trzech wymiarach, zmiana prędkości w kierunku strumienia powoduje zmianę prędkości również w innych kierunkach. Istnieje niewielki składnik prędkości prostopadły do powierzchni, który wypiera lub przemieszcza przepływ nad nią. Grubość warstwy granicznej można określić jako wielkość tego przemieszczenia. Grubość przemieszczenia zależy od liczby Reynoldsa, która jest stosunkiem sił inercyjnych (odpornych na zmiany lub ruch) do sił lepkich (ciężkich i kleistych) i jest dana równaniem : Liczba Reynoldsa (Re) równa się prędkości (V) razy gęstość (r) razy długość charakterystyczna (l) podzielona przez współczynnik lepkości (mu).
Re = V * r * l / mu
Warstwy graniczne mogą być albo laminarne (warstwowe), albo turbulentne (nieuporządkowane)w zależności od wartości liczby Reynoldsa.Dla niższych liczb Reynoldsa warstwa graniczna jest laminarna, a prędkość w kierunku strumienia zmienia się równomiernie w miarę oddalania się od ściany, jak pokazano po lewej stronie rysunku.Dla wyższych liczb Reynoldsa warstwa graniczna jest turbulentna, a prędkość w kierunku strumienia charakteryzuje się niestałym (zmieniającym się w czasie) przepływem wirowym wewnątrz warstwy granicznej. Przepływ zewnętrzny reaguje na krawędź warstwy granicznej tak samo, jak na fizyczną powierzchnię obiektu. Tak więc warstwa graniczna nadaje każdemu obiektowi „efektywny” kształt, który zazwyczaj różni się nieco od kształtu fizycznego. Dzieje się tak dlatego, że przepływ w warstwie granicznej ma bardzo niską energię (w porównaniu do swobodnego strumienia) i jest łatwiej napędzany przez zmiany ciśnienia. Wpływ warstwy granicznej na siłę nośną zawarty jest we współczynniku siły nośnej, a wpływ na opór zawarty jest we współczynniku oporu.
UWAGA HISTORYCZNA: Teoria opisująca efekty warstwy granicznej została po raz pierwszy przedstawiona przez Ludwiga Prandtla we wczesnych latach 1900. Ogólne równania płynów były znane od wielu lat, ale rozwiązania tych równań nie opisywały prawidłowo zaobserwowanych efektów przepływu (takich jak przeciągnięcie skrzydła). Prandtl był pierwszym, który zdał sobie sprawę, że względna wielkość sił bezwładności i lepkości zmienia się od warstwy bardzo blisko powierzchni do obszaru daleko od powierzchni. Po raz pierwszy zaproponował interaktywnie sprzężone, dwuwarstwowe rozwiązanie, które prawidłowo modeluje wiele problemów związanych z przepływem.
Działania:
Wycieczki z przewodnikiem
-
Źródła oporu: 
- Wlot:
Nawigacja …
Strona główna przewodnika dla początkujących
