Při pohybu objektu v tekutině nebo při pohybu tekutiny kolem objektu jsou molekuly tekutiny v blízkosti objektu rozrušeny a pohybují se kolem objektu.Mezi tekutinou a objektem vznikají aerodynamické síly. Velikost těchto sil závisí na tvaru objektu, rychlosti objektu, hmotnosti kapaliny procházející kolem objektu a na dvou dalších důležitých vlastnostech kapaliny: viskozitě neboli lepivosti a stlačitelnosti neboli pružnosti kapaliny. Pro správné modelování těchto účinků používají letečtí inženýři parametry podobnosti, což jsou poměry těchto účinků k ostatním silám přítomným v problému. Pokud mají dva experimenty stejné hodnoty parametrů podobnosti, pak je relativní význam sil správně modelován.
Aerodynamické síly závisí komplexním způsobem na viskozitě kapaliny. Jak se kapalina pohybuje kolem objektu, molekuly těsně u povrchu se na něj lepí. Molekuly těsně nad povrchemse při srážkách s molekulami přilepenými k povrchu zpomalují.tyto molekuly zase zpomalují proudění těsně nad nimi. Čím více se vzdalujeme od povrchu, tím méně srážek ovlivňuje povrch objektu. Vzniká tak tenká vrstva kapaliny v blízkosti povrchu, ve které se rychlost mění z nulové u povrchu na hodnotu volného proudu směrem od povrchu. Inženýři nazývají tuto vrstvu mezní vrstvou, protože se vyskytuje na hranici tekutiny.
Podrobnosti proudění v mezní vrstvě jsou velmi důležité pro mnoho problémů v aerodynamice, včetně přetahování křídla, tření o kůži objektu a přenosu tepla, k němuž dochází při vysokorychlostním letu.
Fyzikální a matematické podrobnosti teorie mezní vrstvy bohužel přesahují rozsah této příručky pro začátečníky a obvykle se studují na konci bakalářského nebo magisterského studia na vysoké škole. V tuto chvíli představíme pouze některé vlivy mezní vrstvy.
Na snímku je znázorněna změna rychlosti proudění z volného proudu na povrch. Ve skutečnosti jsou účinky trojrozměrné. Zezachováníhmotnostivetřechrozměrech vyplývá, že změna rychlosti ve směru proudění způsobuje změnu rychlosti i v ostatních směrech. Existuje malá složka rychlosti kolmo k povrchu, která posouvá nebo pohybuje prouděním nad ním. Tloušťku mezní vrstvy můžeme definovat jako velikost tohoto posunu. Tloušťka posunu závisí na Reynoldsově čísle, které je poměreminerciálních (odolných vůči změně nebo pohybu) sil k viskózním (těžkým a lepivým) silám a je dáno rovnicí : Reynoldsovo číslo (Re) se rovná rychlost (V) krát hustota (r) krát charakteristická délka (l) dělená koeficientem viskozity (mu).
Re = V * r * l / mu
V závislosti na hodnotě Reynoldsova čísla mohou být mezní vrstvy buď laminární (vrstevnaté), nebo turbulentní (neuspořádané).Pro nižší Reynoldsova čísla je mezní vrstva laminárnía rychlost proudění se při vzdalování od stěny mění rovnoměrně, jak je znázorněno na levé straně obrázku.Pro vyšší Reynoldsova čísla je mezní vrstva turbulentní a rychlost proudění je charakterizována nestacionárním (s časem se měnícím) vířivým prouděním uvnitř mezní vrstvy.Vnější proudění reaguje na okraj mezní vrstvy stejně jako na fyzický povrch objektu.Mezní vrstva tedy dává každému objektu „efektivní“ tvar, který se obvykle mírně liší od fyzického tvaru.Aby to bylo ještě matoucí, může se mezní vrstva zvednout nebo „oddělit“ od tělesa a vytvořit efektivní tvar, který se od fyzického tvaru značně liší. K tomu dochází proto, že proudění v mezní vrstvě má velmi nízkou energii (ve srovnání s volným proudem) a snáze se řídí změnami tlaku. Oddělení proudění je příčinou přetažení křídla při vysokém úhlu náběhu.Účinky mezní vrstvy na vztlak jsou obsaženy v součiniteli vztlaku a účinky na odpor jsou obsaženy v součiniteli odporu.
HISTORICKÁ POZNÁMKA: Teorii, která popisuje účinky mezní vrstvy, poprvé představil Ludwig Prandtl na počátku 20. století. Obecné rovnice prouděníbyly známé již mnoho let, ale řešení rovnic nepopisovalo správně pozorované efekty proudění (jako je například propad křídla). Prandtl si jako první uvědomil, že relativní velikost setrvačných a viskózních sil se mění od vrstvy velmi blízko povrchu k oblasti vzdálené od povrchu. Jako první navrhl interaktivně vázané dvouvrstvé řešení, které správně modeluje mnoho problémů proudění.
Aktivity:
Exkurze
-
Zdroje odporu: 
- Vtok:
Navigace ..
Průvodce pro začátečníky Úvodní strana.
