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.

Вычислим повышение температуры (∆T)_ад = Т₀ –T_∞, возникающее при адиабатическом изменении состояния в передней критической точке обтекаемого тела вследствие повышения здесь давления от р_∞ до р₀ (рис. 1).

Предположим, что течение стационарное и происходит без трения. Тогда, если пренебречь теплопроводностью, уравнение энергии принимает вид:

 

s есть координата, измеряемая вдоль линии тока, а v(s)– скорость вдоль линии тока. Разделив обе части полученного уравнения на p_w и проинтегрировав вдоль линии тока, получим:

 

Для сжимаемого течения в соответствии с уравнением Бернулли имеем:

 

Внеся значение интеграла в предыдущее уравнение, найдем повышение температуры, возникающее вследствие адиабатического сжатия:

 

где v_∞ есть скорость набегающего на тело потока в бесконечности (рис. 1).

При больших скоростях внешнего потока газа внутри пограничного слоя происходит переход кинетической энергии молекул в тепловую, вследствие чего локальная температура газа увеличивается. В случае теплоизолированной поверхности температура газа в пограничном слое может приближаться к температуре торможения (которую текущая среда принимает при скорости, равной нулю):

Повышение температуры в пограничном слое при обтекании предметов влечет за собой нагревание обтекаемого тела.

Нагревание тела, движущегося с большой скоростью, описывается теоретическим уравнением энергии. Формула, которая может рассматриваться как первое приближение к реальности, записывается в виде

где T₀ – температура торможения, т.е. абсолютная температура частицы воздуха, когда она тормозится до состояния покоя (как, например, в носовой части тела), v – скорость и c_р – удельная теплоемкость при постоянном давлении, равная 1000 м²/с² К. Эту формулу можно также представить в виде

T₀ – T = v²/2с_р.

Следовательно, в точке торможения температура воздуха на величину v²/2000 выше температуры воздуха в окружающей атмосфере. Например, для тела, движущегося с М = 10 на высоте, соответствующей уровню моря (a = 340,3 м/с), температура воздуха должна быть на 5800 К выше температуры окружающего воздуха.

В действительности температура торможения меньше по ряду причин, из которых наиболее существенной является то, что часть энергии воздуха расходуется в процессах диссоциации, в которых молекулы разлагаются на составляющие их атомы, и ионизации, в которых электроны отрываются от атомных ядер. Эти процессы осложняют описание явления аэродинамического нагревания, однако не устраняют связанных с ним проблем.

В потоке, движущемся с большой скоростью, обычно рассматривают 2 температуры: невозмущённого потока Т и заторможенного потока T₀ = T + v²/2c_p, где c_р — удельная теплостойкость газа при постоянном давлении в дж/(кг·К), v в м /сек, Т и T₀ в К. Очевидно, что T₀ <> T при v <> 0. В вязком газе, обтекающем твёрдую поверхность, скорость на стенке равна нулю и любой неподвижный насадок, установленный в воздушном потоке, измерительную температуру, близкую к температуре торможения T₀.

При помощи насадков (рис. 1), в которых измерительным элементом обычно служит термопара или термометр сопротивления, удаётся измерить температуру T₀ (до 1500 К). Для измерения более высоких температур заторможенного или текущего газа пользуются оптическими яркостными и спектральными методами.

Статическую температуру Т можно найти по связи температуры и скорости звука, т. к.

Для измерения скорости звука в стенке аэродинамической трубы монтируется источник звуковых колебаний известной частоты. На теневой фотографии поля течения будут видны звуковые волны. Скорость звука определяется как a = fe, где е — расстояние между волнами, а f — частота колебаний источника (рис. 2).