Ламинарное течение (от лат. lamina – пластинка), упорядоченное течение жидкости или газа, при котором жидкость (газ) перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения (рис. 1). Ламинарное течение наблюдаются или у очень вязких жидкостей, или при течениях, происходящих с достаточно малыми скоростями, а также при медленном обтекании жидкостью тел малых размеров.

Режим течения жидкости характеризуется числом Рейнольдса Re. Когда значение Re меньше некоторого критического числа Re_kp, имеет место ламинарное течение жидкости; если Re > Re_kp, режим течения может стать турбулентным.

Пограничный слой, область течения вязкой жидкости (газа) с малой по сравнению с продольными размерами поперечной толщиной, образующаяся у поверхности обтекаемого твёрдого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. Пограничный слой характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический ПС), или температуры (тепловой, или температурный, ПС), или же концентраций отдельных химических компонентов (диффузионный, или концентрационный, пограничный слой). На формирование течения в пограничном слое основное влияние оказывают вязкость, теплопроводность и диффузионная способность жидкости (газа). Внутри динамического пограничного слоя происходит плавное изменение скорости от её значения во внешнем потоке до нуля на стенке (вследствие прилипания вязкой жидкости к твёрдой поверхности). Аналогично внутри пограничного слоя плавно изменяются температура и концентрация. Толщина d динамического пограничного слоя определяется как расстояние от поверхности тела (или от границы раздела жидкостей), на котором скорость в пограничном слое можно практически считать равной скорости во внешнем потоке.

Только в ламинарном режиме возможно получение точных решений уравнения движения жидкости (уравнений Навье-Стокса), например течение Пуазейля. В некоторых случаях для получения порогового числа Рейнольдса достаточно провести линейный анализ устойчивости — теоретический анализ устойчивости под воздействием бесконечно малых возмущений. Так, например, получены пороги для течения между параллельными плоскостями и течения Тейлора между вращающимися цилиндрами. Однако в некоторых случаях линейного анализа недостаточно: для течения в круглой трубе он приводит к абсолютной устойчивости, что опровергается экспериментами.

Когда жидкость с однородным профилем скорости движется вдоль пластины (рис.1.) , поток около пластины замедляется; в результате формируется ламинарный пограничный слой. Толщина ламинарного пограничного слоя возрастает с ростом расстояния х от передней кромки, пока не достигается критическая длина х_сг, начиная с которой наступает переход к турбулентному пограничному слою.

Как показывает опыт, в начале пластины возникает ламинарный пограничный слой, в котором наблюдается ламинарное движение жидкости. Ламинарным движением называется такое, при котором возможно существование стационарных траекторий жидкости. На некотором расстоянии от передней кромки пластины хкр ламинарный пограничный слой начинает постепенно переходить в турбулентный, в последнем наблюдается турбулентное движение жидкости. Турбулентным называется движение жидкости с хаотично изменяющимися во времени траекториями частиц, при котором в потоке возникают нерегулярные пульсации скорости, давления и других параметров, неравномерно распределенные в потоке.
По мере дальнейшего увеличения числа Re течение в межтрубном пространстве становится сильно турбулентным. Степень турбулентности зависит от геометрии конфигурации пучка и числа Re. Турбулентность увеличивается по мере продвижения в глубь пучка и, примерно, на уровне третьего или четвертого ряда становится полностью развитой. Несмотря на турбулентный характер окружающего потока, на поверхности внутренних труб по-прежнему развивается ламинарный пограничный слой. Такая структура течения наблюдается до Re— 10⁵ и выше.

Как следует из результатов, полученных в Делаверском университете, при ламинарном режиме течения  наблюдается существенное ухудшение теплоотдачи, которое в конечном счете связано с возникновением обратных градиентов температур в пограничном слое. Это явление аналогично хорошо известному случаю течения в трубах. При поперечном обтекании пучков труб длина L представляет собой число пересекаемых рядов труб, что является вполне разумной аналогией. По данным Делаверского университета можно заключить, что при обтекании пучков труб этот эффект проявляется в меньшей степени, чем при течении внутри труб. Это обусловлено частичным возмущением пограничного слоя между рядами труб. При Re>20 силы инерции начинают разрушать ламинарный пограничный слой и влияние обратных градиентов температур уменьшается, а при Re>100 исчезает полностью.

Обработка опытных данных по теплоотдаче плоской пластины в условиях подвода инородного газа в ламинарный пограничный слой, полученных при использовании различных видов газов — охладителей, позволила получить следующую связь коэффициентов теплоотдачи при вдувании охладителя а и для непроницаемой стенки.

1. Ламинарное течение жидкости наблюдается, например, при достаточно медленном течении жидкости в трубе. С увеличением скорости движения ламинарное течение в некоторый момент переходит в турбулентное течение, возникают вихри, происходит интенсивное перемешивание слоев жидкости, сопротивление жидкости изменяется (рис. 1).

2. Рассмотрим движение шарика, помещенного в вязкую жидкость. Когда твердое тело движется в жидкости, имеет место не трение поверхности тела (например, шарика) о жидкость, а трение слоев жидкости друг о друга. Непосредственно у поверхности относительная скорость жидкости равна нулю, то есть слой, прилегающий к поверхности, движется вместе с телом. Этот слой увлекает соседние слои жидкости, которые приходят в движение (рис.2.).

3. Водяная пленка, образующаяся при скольжении лыж, обладает свойством прилипания к поверхности скольжения. Благодаря этому, при движении лыж, на поверхности скольжения образуется пограничный слой. Это слой, в пределах которого силы вязкости сравнимы или доминируют над силами инерции. Скорость движения воды в водяной пленке пограничного слоя изменяется от скорости равной скорости движения лыжи, до нуля на месте контакта пограничного слоя со снежной трассой (см. Рис. 3.)

Чтобы ускорить воду в пограничном слое, надо приложить некоторую силу. Реакция трассы на эту силу называется сопротивлением трения. Для ламинарного (спокойного, плавного, регулярного) режима скольжения сопротивление трения пропорционально коэффициенту вязкости.

Пограничный слой (ПС), область течения вязкой жидкости (газа) с малой по сравнению с продольными размерами поперечной толщиной, образующаяся у поверхности обтекаемого твёрдого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. Пограничный слой характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический ПС), или температуры (тепловой, или температурный, ПС), или же концентраций отдельных химических компонентов (диффузионный, или концентрационный, Пограничный слой). На формирование течения в ПС основное влияние оказывают вязкость, теплопроводность и диффузионная способность жидкости (газа). Внутри динамического ПС происходит плавное изменение скорости от её значения во внешнем потоке до нуля на стенке (вследствие прилипания вязкой жидкости к твёрдой поверхности). Аналогично внутри Пограничный слой плавно изменяются температура и концентрация.

Режим течения в динамическом ПС зависит от Рейнольдса числа Re и может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме отдельные частицы жидкости (газа) движутся по траекториям, форма которых близка к форме обтекаемого тела или условной границы раздела между двумя жидкими (газообразными) средами. При турбулентном режиме в ПС на некоторое осреднённое движение частиц жидкости в направлении основного потока налагается хаотическое, пульсационное движение отдельных жидких конгломератов. В результате интенсивность переноса количества движения, а также процессов тепло- и массопереноса резко увеличиваются, что приводит к возрастанию коэффициента поверхностного трения, тепло- и массообмена. Значение критического числа Рейнольдса, при котором происходит переход в Пограничный слой ламинарного течения в турбулентное, зависит от степени шероховатости обтекаемой поверхности, уровня турбулентности внешнего потока, Маха числа М и некоторых др. факторов. При этом переход ламинарного режима течения в турбулентный с возрастанием Re происходит в Пограничный слой не внезапно, а имеется переходная область, где попеременно чередуются ламинарный и турбулентный режимы.

Толщина d динамического ПС определяется как то расстояние от поверхности тела (или от границы раздела жидкостей), на котором скорость в ПС можно практически считать равной скорости во внешнем потоке. Значение d зависит главным образом от числа Рейнольдса, причём при ламинарном режиме течения d ~ l×Re^-0.5, а при турбулентном — d ~ l×Re^-0.2, где l — характерный размер тела.

Развитие теплового ПС определяется, помимо числа Рейнольдса, также Прандтля числом, которое характеризует соотношение между толщинами динамического и теплового ПС Соответственно на развитие диффузионного ППС дополнительное влияние оказывает диффузионное число Прандтля, или Шмидта число.

При больших скоростях внешнего потока газа внутри ПС происходит переход кинетической энергии молекул в тепловую, вследствие чего локальная температура газа увеличивается. В случае теплоизолированной поверхности температура газа в ПС может приближаться к температуре торможения

,

где T_e температура газа вне ПС, k = c_p/c_v — отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме.

Характер течения в ПС оказывает решающее влияние на отрыв потока от поверхности обтекаемого тела. Причина этого заключается в том, что при наличии достаточно большого положительного продольного градиента давления кинетическая энергия заторможенных в ПС частиц жидкости становится недостаточной для преодоления сил давления, течение в ПС теряет устойчивость и возникает т. н. отрыв потока.

При очень больших числах Рейнольдса толщина ПС очень мала по сравнению с характерными размерами тела. Поэтому почти во всей области течения, за исключением тонкого ПС, влияние сил вязкости несущественно по сравнению с инерциальными силами, и жидкость в этой области можно рассматривать как идеальную. Одновременно вследствие малой толщины ПС давление в нём в поперечном направлении можно практически считать постоянным. В результате весьма эффективным оказывается такой метод изучения обтекания тел потоком жидкости (газа), когда всё поле течения разбивается на 2 части — область течения идеальной жидкости и тонкий ПС у поверхности тела. Течение в первой области изучается с помощью уравнений движения идеальной жидкости, что позволяет определить распределение давления вдоль поверхности тела; тем самым определяется и давление в ПС Течение внутри ПС рассчитывается после этого с учётом вязкости, теплопроводности и диффузии, что позволяет определить поверхностное трение и коэффициент тепло- и массообмена. Однако такой подход оказывается неприменимым в явном виде в случае отрыва потока от поверхности тела. Он неприменим и при малых Re, когда влияние вязкости распространяется на довольно большие расстояния от поверхности тела.