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Grenzschicht

laminar Grenzschicht Überleitung Laminare oder viskose Unterschicht Freigabepunkt ${displaystyle S={frac {partial v}{partial y}}=0}$ Lass los Grenzschicht Turbulent Grenzschicht

EIN Grenzschicht ist in der Strömungsmechanik ein Phänomen, das in . auftritt fließen von a Gas oder ein Flüssigkeit entlang einer Wand. In Wandnähe wird die Strömung gebremst durch viskose Reibung. Als Ergebnis wird eine Schicht gebildet – die Grenzschicht — mit einer Geschwindigkeitsverteilung vom (ungestörten) Geschwindigkeit an der Außenseite der Grenzschicht auf Null, an der Wand, den Haftzustand. Ludwig Prandtl kam 1904 auf diese Theorie.

Am Staupunkt, an dem die Strömung auf den Körper trifft, ist die Geschwindigkeit Null, obwohl die Strömung bereits turbulent ist. Ab hier beginnt das Gas oder die Flüssigkeit wieder zu beschleunigen. Bei einer flachen Platte ist die Strömung anfangs laminar. Nach hinten nimmt die Grenzschichtbreite zu, während die Wandschubspannung nimmt nach hinten ab. Hier kann sich der Strom wenden turbulent. Die Grenzschicht wird an dieser Stelle viel dicker. Unter der turbulenten Grenzschicht verbleibt eine dünne laminare Unterschicht. Wo der Kipppunkt liegt, hängt von der Reynolds Nummer und die Körperform. Bei einem stumpfen Gegenstand kann die Strömung sofort turbulent werden.

Durch die Reibung geht Strömungsenergie verloren, so dass die Bernoullis Konstante nimmt ab. Dadurch sinkt der Druck weiter nach hinten, bis er so niedrig wird, dass der kinetische Energie der Partikel reicht nicht aus, um das Hochdruckfeld auf der Rückseite zu durchdringen. Dies bewirkt Veröffentlichung an, wo hinter dem Auslösepunkt wirbelt auftreten, die den Druck senken. Es besteht ein Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite des Körpers, mit dem Druckfestigkeit als Ergebnis, während die Reibung Reibungswiderstand hat zur Folge.

Für eine laminare Grenzschicht gilt: Blasius abgelenkt:

${displaystyle C_{f}={1.328 über {sqrt {R_{e}}}}}}$

bei welchem ${displaystyle R_{e}}$ ist die Reynolds-Zahl.

Dies gilt parallel zur Strömung.

Druck- und Reibungswiderstandsverhältnis

Körper	Druck- Widerstand	Reibungs Widerstand
	0%	100%
	~10%	~90%
	~90%	~10%
	100%	0%

Für die turbulente Grenzschicht ist die Berechnung so kompliziert, dass oft eine empirische Formel verwendet wird:

${displaystyle C_{f}={0.455 links (log R_{e})^{2.58}}}$

Dies gilt für hydraulisch glatte Platten wie z schlicht definiert:

${displaystyle k_{s}$

mit ${displaystyle k_{s}}$ für die Rauhigkeitshöhe für die Platte und ${displaystyle l}$ als Länge für die Platte.

Es gibt auch empirische Formeln für raue Oberflächen, wie zum Beispiel:

${displaystyle C_{f}=(1.89 1.62log {l über k_{s}})^{-2.5}}$

vor dem ${displaystyle 10^{2}<{l über k_{s}}<10^{6}}$