משתמש:GAP/שכבת גבול

שכבות גבול

רקע הסטורי

פרנטל

שכבת גבול אטמוספרית

שכבת גבול של סטוקס: שכבת גבול הנוצרת בזרימה מחזורית

הגדרות

משטרי זרימה

שכבת גבול למינרית

שכבת גבול טורבולנטית

מודלים לתאור שכבת הגבול

פרופיל לוגריטמי

מונח בפיסיקה אשר מסונף למכאניקת הזורמים - שכבת גבול היא אותה שכבה אשר נמצאת בסמיכות לאזור אי-רציפות בין שתי פאזות, למשל - בין נוזל ומוצק. באטמוספרה הסובבת את כדור-הארץ, שכבת הגבול נקראת שכבת הגבול הפלנטארית, שכבה זו טומנת בחובה תהליכים כמו: השפעות כתוצאה מחימום הקרקע, העברת לחות ותנע לחלקים גבוהים יותר של האטמוספרה, תהליכי הסעת אוויר, קונבקציה, חיכוך ועוד. תהליכים אלו נובעים ישירות מסמיכות בין החלק התחתון של האטמוספרה המשולה להיות נוזל אי דחיס, לבין המעטפת המוצקה של כדור-הארץ. דוגמא נוספת לשכבת גבול- היא אותו איזור שבו זורם האוויר בסמוך לכנף מטוס ואשר בו מתקיימים תהליכים פיסיקליים אשר לא נוכל לצפות בהם אם נתרחק מספיק מכנף המטוס, כיוצא מכך אפשר להבין ששכבת הגבול הינה בעלת עובי סופי אך לא קבוע, כך שהיא מוגדרת בהתאם לתופעות הפיסיקליות אשר מקבלות ביטוי מיוחד באזור זה. אפקט שכבת הגבול מתרחש בעצם באזור בו משתנה אופי הזרימה ביחס לאיזור זרימה חופשית של הנוזל, ישנו קשר ישיר בין אפקט שכבת הגבול למספר חסר המימדים- מספר ריינולדס.

שכבת הגבול בעלת האופי הלמינארי, בשונה משכבת הגבול הטורבולנטית, הינה בעלת כמה מופעים ומוגדרת בהתאם למבנה השכבה והתנאים בו היא נוצרת. השכבה הדקה אשר נוצרת במצב כאשר גוף מואץ, הינה דוגמא ל-שכבת גבול על שם סטוקס, בו בזמן ששכבת גבול על שם בלאסיוס הינה שכבה אשר נוצרת בזמן זרימה חד-ממדית של נוזל מעל לוחית שטוחה (הנמצאת במנוחה) כאשר הזרימה מכוונת אל פני השטח שלה. שכבת גבול נוספת הינה שכבת הגבול האטמוספרית (או אוקיאנית) של אקמן, אשר בה מתקיים מאזן כוחות בין כוח הלחץ, כוח קוריוליס וכוח החיכוך, במצב זה ובהנחה שהאטמוספרה אחידה בכיוון אופקי, מתקבלת שכבת גבול אשר פרופיל המהירות בה הוא כמוצג בהודוגרף של אקמן.

שכבות בתוך שכבת בגבול

שכבת השטח

שכבה דקה קרובה לקרקע בה המהירות קטנה, כוח קוריוליס קטן, ישנו מאזן כוחות בין כוח הלחץ וכוח החיכוך וגרדיאנטים מקסימילים של רוח טמפרטורה ולחות.

שכבה למינרית

נמצאת בתוך שכבת השטח, היא השכבה הקרובה לקרקע, בעובי כמה מילימטרים. השטפים של לחות חום ומומנטים תלויים בתהליכים בשכבה זו.

שכבת הערבוב

נוצרת מערבוב אנכי, הנוצר מהסיבות הבאות:

1. קונבקציה – כתוצאה מאי יציבות תרמית – שכבת הגבול הקונבקטיבית/תרמית.
2. טורבולנציה – הנוצרת מגזירת רוח – שכבת הגבול הדינמית.
3. גלים.

גבהי שכבת הגבול הדינמית או התרמית לא תמיד מתלכדים. בגלל הסיבות השונות לערבוב. הטמפרטורה הפוטנציאלית והלחות כמעט קבועות בשכבה המעורבבת.

שכבה של מעבר

נמצאת בין השכבה המעורבבת לשכבת העננים. בעובי של בין כמה עשרות ועד כמה מאות מטרים.

שכבת העננים

עובי משתנה. פרופיל הטמפרטורה בשכבת העננים קרוב לאדיאבטה לחה.

מקורות

• Hermann Schlichting, Klaus Gersten, E. Krause, H. Jr. Oertel, C. Mayes "Boundary-Layer Theory" 8th edition Springer 2004 ISBN 3-540-66270-7

• Schlichting, H. (2004). Boundary-Layer Theory. Springer. ISBN 3-540-66270-7.
• John D. Anderson, Jr., "Ludwig Prandtl's Boundary Layer", Physics Today, December 2005

en:Boundary layer ast:Capa llende ca:Capa límit de:Fluiddynamische Grenzschicht et:Piirkiht es:Capa límite fr:Couche limite ko:경계층 it:Strato limite di quantità di moto nl:Grenslaag ja:境界層 nn:Grenselag pl:Warstwa graniczna (mechanika płynów) pt:Camada limite ru:Пограничный слой fi:Rajakerros sv:Gränsskikt ta:இடைப்படலம் zh:邊界層