שכבת גבול
מושג בפיזיקה ובמכניקת זורמים / ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
שכבת גבול בפיזיקה ובמכניקת זורמים היא שכבת זורם הנמצאת בקרבה למשטח בה צמיגות הזורם משמעותית. הצמיגות מקטינה את התכונה (מהירות / ריכוז/ טמפרטורה) המקומית של הזורם (עד כדי עצירה) ואחראית ליצור החיכוך (מאמצי גזירה) במשטח.
יש לפשט ערך זה: הערך מנוסח באופן טכני מדי, וקשה להבנה לקהל הרחב. | |
שכבת הגבול בכנף של כלי טיס היא חלק מהזרימה הצמודה לכנף. באטמוספירת כדור הארץ, "שכבת הגבול האטמוספירית" היא שכבת האוויר הקרובה לקרקע המושפעת מחום, לחות או ממומנטום המועבר אל הקרקע או מהקרקע.
יש שני סוגי שכבות גבול של זרימה:
- שכבת גבול למינרית - בתוכה הזרימה חלקה ושכבתית ללא מערבולות. עקב חיכוך הזרימה הלמינרית יוצרת פחות גרר לעומת הזרימה הטורבלנטית, אך היא פחות יציבה. בזרימה על גבי משטח כנף שכבת הגבול מתחילה כלמינרית, וככל שמתקדמת לאורך הכנף עובייה הולך וגדל. שכבת גבול למינרית נוטה יותר להתנתק באופן פתאומי מאשר זרימה טורבלנטית, דוגמה אינטואיטיבית: לזרימה הלמינרית מומנטום גדול יותר להמשיך בתנועתה לעומת הזרימה הטורבולנטית אשר לוקחת אנרגיה משכבות עליונות ומעבירה לשכבות זרימה תחתונות, ניתן לדמיין זאת כאופנוען המגיע במהירות גדולה לרמפה, מאחר שקיים מומנטום גדול האופנוע יתנתק מהמשטח לעומת המקרה בו לאופנוען קיימת אותה כמות אנרגיה אך זו לא מסודרת ולכן עם הגיעו לרמפה הוא יתרומם מעט ויחזור יותר מהר למשטח מאחר שהמומנטום שלו לא בכיוון אחד.
- שכבת גבול טורבולנטית - במרחק מסוים מתחילת המשטח, הזרימה הלמינרית החלקה מתחילה להתפרק (כוחות הצמיגות לא מתגברים על כוחות האינרציה עקב הפרעות בזרימה). לאחר אזור "מעבר" הופכת לזרימה טורבלנטית. קיימים חלקי מכונות שבהם גורמים לזרימה טורבולנטית על מנת לדחות את הניתוקים בזרימה.
ישנן שכבות גבול המפורסמות הנסיבות שבגללן הן נוצרו. לדוגמה: שכבת גבול סטוקס - שכבת הגזירה הדקה המתפתחת בגופים תונדים, שכבת גבול בלזיוס - מתייחסת לפתרון הדמיות של זרימה מציפה אחידה הזורמת על פני משטח ישר, שכבת גבול אקמן - מתקבלת כאשר זורם מסתובב וכוחות הצמיגות מתאזנים על ידי אפקט קוריוליס (ולא על ידי כוחות אינרציה). שכבת גבול תרמית המתפתחת כתוצאה ממעבר חום.