Тепловой пограничный слой– это слой жидкости у стенки, в пределах которого температура изменяется от значения, равного температуре стенки, до значения, равного температуре жидкости вдали от тела. Для области внутри теплового пограничного слоя справедливо условие dt/dy>0, а на внешней границе и вне его dt/dy=0 и t=0.

Таким образом, все изменение температуры жидкости сосредоточивается в сравнительно тонком слое, непосредственно прилегающем к поверхности тела. Выполняется неравенство k << l, где k – толщина теплового пограничного слоя. Толщины гидродинамического и теплового пограничных слоев δ и k в общем случае не совпадают – это зависит от рода жидкости и некоторых параметров процесса течения и теплообмена.

Турбулентное течение существенно отличается от ламинарного. Мгновенная скорость пульсирует около некоторого среднего во времени значения. Отклонение мгновенной скорости w от средней во времени <w> называют пульсациями скорости или пульсационными скоростями w', при этом w = <w> + w'. Таким образом, турбулентное движение состоит как бы из регулярного течения, описываемого осредненными значениями скоростей, и из наложенного на него хаотического пульсационного течения при пульсациях скорости происходит перенос механической энергии. Если в потоке имеет место разность температур, то пульсации скорости приводят и к переносу теплоты, вследствие чего возникают пульсации температуры. Температура в определенной неподвижной точке турбулентного потока колеблется около некоторого среднего во времени значения <t>. Пульсация температуры t’ связана с t и <t> уравнением t =<t> + t’.

В разные моменты времени компоненты скорости могут быть разными. Среднеинтегральное значение плотности теплового потока q_y, Дж/(м^2.с) переносимого в направлении за единицу времени через единицу контрольной поверхности, будет равно:

Теплоотдача от жидкости к пластине определяется характером течения рабочего тела вдоль поверхности. Около пластины образуется пограничный слой, в котором движение может быть как ламинарным, так и турбулентным. Однако и при турбулентном пограничном слое у стенки имеется тонкий ламинарный подслой, представляющий собой главное термическое сопротивление.