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. ПС характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический ПС), или температуры (тепловой, или температурный, ПС), или же концентраций отдельных химических компонентов (диффузионный, или концентрационный, ПС). 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 ПС плавно изменяются температура и концентрация.

В ламинарном пограничном слое давление постоянно поперек слоя, в отличие от турбулентного. Тем не менее при малой степени турбулентности внешнего течения давление на внешней границе пограничного слоя равно давлению на стенке. Т.о. как следует из теории пограничного слоя и из экспериментов, статическое давление р остается постоянным в поперечном направлении к слою, поэтому достаточно измерить его в одной точке, например при х=0.

Нормальная компонента градиента давления:

а продольная:

гораздо больше поперечной, которую можно принять равной нулю:

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 пограничный слой 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.

Если внимательно рассмотреть фотографию смерча (рис.1.), то видно, что по всей его поверхности проходит тонкий беловатый слой. Дело в том, что между телом смерча и окружающей его средой возникает пограничный слой.

Пограничный слой в газе обладает особыми свойствами. В нем перераспределяется энергия между поступательным и диффузионным движениями газа, в нем максимальный перепад скорости струй газа - градиент скорости. А чем больше градиент поступательной скорости струи газа, тем меньше энергии остается на долю диффузионного движения, тем ниже становится ее температура, тем ниже вязкость. Поэтому в пограничном слое температура понижена, следовательно, понижена и вязкость, пропорциональная температуре. Получается, что смерч вращается как бы в подшипнике скольжения, отделяющего его от остальной атмосферы. Этот подшипник уменьшает рассеивание энергии и тем самым обеспечивает устойчивость смерча.

Поскольку давление в газе пропорционально температуре, то давление в пограничном слое падает. При этом туда устремляются внешние массы воздуха, в результате давление выравнивается за счет плотности, которая в пограничном слое выше, чем в свободном газе.

На поверхности вихря уравновешены три силы:
- сила внутреннего давления и центробежная сила, действующие изнутри наружу;
- сила внешнего давления, действующая снаружи внутрь.

Рассмотрим пограничный слой, возникающий при обтекании воздухом крыла самолета (Рис.1.).

Как показывают непосредственные измерения, пограничный слой при тех больших значениях чисел Re, с которыми приходится иметь дело на практике, очень тонок. Возрастая по толщине от носка крыла к его хвосту, пограничный слой даже в точке максималь¬ной толщины слоя вблизи хвоста крыла, достигает обычно лишь порядка сотых частей хорды. Так, на крыле самолета с хордой 1,5-2 м пограничный слой на режиме максимальной скорости имеет порядок нескольких сантиметров, а на корабле, длина которого имеет порядок 100 м, может достигать толщины 1 м. Такой тонкий сравнительно с размерами тела слой не может произвести значитель¬ных возмущений во внешнем по отношению к нему безвихревом пото¬ке, чем и объясняется совпадение картин обтекания тел реальной и идеальной жидкостью. Важно отметить, что характерная для дви¬жения вязкой жидкости в тонких слоях неизменность давления в поперечном к потоку направлении приводит к тому, что давление на внешней границе пограничного слоя передается сквозь пограничный слой без изменений на поверхность обтекаемого тела.