유체역학적 경계층 외에도 열경계층과 농도경계층도 흐름의 전체 열 및 물질 전달에 결정적인 영향을 미칩니다.
유체역학적 경계층 기사에서 층류 및 난류 흐름의 속도 프로파일 과정은 이미 판의 예를 사용하여 자세히 설명되었습니다. 그러나 유체의 온도가 플레이트의 온도와 다르다면 플레이트는 일반적으로 유속뿐만 아니라 흐름의 온도에도 영향을 미칩니다. 그러므로 온도가 T0인 다음과 같은 등온 가열판을 고려해 보겠습니다. 자유류의 온도는 T 입니다.
그림:열경계층(온도경계층)의 정의 벽에 직접 닿는 유체의 온도는 T0입니다. 이는 미끄럼 방지 조건으로 인해 유체가 플레이트에 달라붙기 때문입니다. 온도는 자유류의 온도 T 에 도달할 때까지 주 흐름 방향에 수직으로 감소합니다. 속도 경계층과 유사한 온도 경계층 따라서 열 경계층이라고도 하는 정의할 수 있습니다. .
국부적인 온도와 자유류의 온도차가 판과 자유류의 온도차의 99%에 도달하는 경계면을 열경계층이라고도 합니다.
열 경계층은 또한 열이 유체에 점점 더 많이 침투하여 시간이 지남에 따라 유체 층을 가열함에 따라 점차적으로 성장합니다. 따라서 열 경계층은 온도 구배가 존재하여 열 전달이 일어난다는 사실로 정의됩니다.
그러나 동시에 열 전달은 흐름에 영향을 미칩니다. 온도가 유체의 점도를 결정적으로 결정하기 때문입니다. 예를 들어, 온도 상승으로 인한 점도 감소로 인해 유체가 더 빨리 흐르기 시작합니다. 이는 결국 열 전달과 흐름 자체에 영향을 미칩니다. 따라서 열 및 유체역학적 경계층은 서로 영향을 미칩니다. 두 경계층의 두께는 일반적으로 서로 다릅니다!
농도경계층(물질경계층)
두 가지 이상의 유체가 혼합되면 대류뿐만 아니라 농도의 차이로 인해 물질 이동이 발생합니다. 확산에 의한 관련 물질 전달은 전도에 의한 열 전달과 동일한 방식으로 처리됩니다(Fick의 확산 법칙 항목 참조). 열전도율과 온도 구배 대신 이제 확산 계수가 있습니다. D 및 농도 구배 ∂c/∂y. 열 유속 \(\dot q\)은 확산 유속에 해당합니다. \(\dot n\) (=단위 시간당 단위 면적당 물질의 양).
<머리><일>\notag
&\boxed{\dot q =– \lambda ~\frac{\partial T}{\partial y}}
\end{정렬}\begin{정렬}
\notag
&\boxed{\dot n =– D~ \frac{\partial c}{\partial y}}
\end{정렬}\begin{정렬}
\notag
&\boxed{\tau =\eta~ \frac{\partial v}{\partial y}} \left(=\dot p_a\right)
\end{align}주행 온도
농도 구배
경사속도
그라데이션특성
수량 열
전도도확산
계수점도플럭스 열유속확산유속운동량유속
이 시점에서 운동량 전달에 대한 비유도 그릴 수 있습니다. 실제로 전단 응력 τ도 플럭스의 차원을 가집니다. (열 유속 또는 확산 유속과 유사) 정의에 따르면 힘은 단위 시간당 운동량의 변화(\(F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\dot p\))이므로 운동량 유량을 나타냅니다. 전단 응력의 경우처럼 이 운동량 유량을 영역과 연관시키면 운동량 플럭스에 대해서도 말할 수 있습니다. (=\(\dot p_a\)).
그라디언트와 관련하여 세 가지 경우 모두의 유사성이 분명합니다. 운동량 흐름의 추진력은 속도 구배입니다. 마치 온도 구배가 열 흐름의 추진력이거나 농도 구배가 물질 수송의 추진력인 것과 같습니다. 열경계층, 속도경계층과 마찬가지로 농도경계층 확산에 의한 물질 전달을 정의할 수 있습니다:
국부적인 농도와 자유류의 농도 차이가 판과 자유류의 농도 차이의 99%에 도달하는 경계면을 농도 경계층이라고도 합니다.
그림:농도경계층(물질경계층)의 정의 자세히 살펴보면 농도 경계층은 유체 역학적 경계층이나 열 경계층과 독립적으로 존재하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 한편, 특히 가스의 경우 확산 계수는 온도에 매우 크게 의존하므로 열 경계층은 물질 전달에 직접적인 영향을 미칩니다. 반면에 유체역학적 경계층의 흐름은 확산된 입자를 제거합니다. 이러한 제거가 상대적으로 빠르게 이루어지면 큰 농도 구배가 형성됩니다. 이는 결국 대중교통의 증가로 이어진다. 따라서 속도경계층도 농도경계층에 직접적인 영향을 미친다.
그림:유체 역학, 열 및 농도 경계층 결론은 세 경계층 모두 항상 서로 영향을 미치며 서로 독립적으로 간주할 수 없다는 것입니다. 이는 무차원수로 직접 연결됩니다. , 이는 두 개의 경계층을 서로 연관시킵니다. 이에 대해서는 다음 섹션에서 더 자세히 설명합니다.
