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. Пограничный слой бывает ламинарным или турбулентным. Ламинарное течение в пограничном слое - это 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.

При рассмотрении ламинарного пограничного слоя в случае, когда распределение скоростей во внешнем потоке не постоянно, т.е. частная производная продольной составляющей скорости вдоль направления движения не равна нулю, следует исходить из уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности:

 

и

с граничными условиями:

Для пояснения значений величин, входящих в уравнения приведен рисунок 1.

 

Известен исторический факт прокладки нефтепровода в России, спроектированного на основе формулы для перепада давлений турбулентного течения. Однако при приложенной разности давлений пропускная способность нефтепровода оказалась выше расчетной. Ошибка проекта (к счастью, удачная) состояла в том, что несмотря на большой диаметр труб нефтепровода вязкая нефть течет ламинарно, и пропускная способность нефтепровода должна рассчитываться по формуле для ламинарного течения.

турбулентное течение:

ламинарное течение:

На рисунке 1 изображена фотография течения, возникающего около тонкой плоской пластины при ее протаскивании через воду. Линии тока сделаны видимыми посредством обсыпания поверхности воды порошком алюминия. Длина черточек, в виде которых изобразились па фотографии частицы алюминия, пропорциональна скорости течения. Мы видим, что в непосредственной близости от обеих сторон пластины имеется тонкий пограничный слой жидкости, в котором скорость значительно меньше, чем на большом расстоянии от пластины. Толщина этого слоя трения увеличивается вдоль пластины по направлению к ее задней кромке

Пусть жидкость вытекает из сосуда через горизонтальную стеклянную трубку (рисунок 1). Для контроля за характером течения будем при помощи капилляра впускать ту же, но окрашенную жидкость во входное сечение трубки.

В случае малого поперечного сечения трубы и не очень большой скорости течения окрашенная струйка движется прямолинейно строго вдоль оси трубы (ситуация а на рисунке 1). При большем сечении или при удвоении скорости появляется нерегулярное движение, когда струйка разбивается на множество извилистых струек (ситуация б). В первом случае движение называется слоистым, или ламинарным, а во втором случае – турбулентным. При ламинарном течении силы вязкости сглаживают боковые движения жидкости, возникающие вследствие различных неровностей стенок трубы. Инерция жидкости стремится сохранить боковые движения жидкости, способствуя тем самым турбулентности. Переход от ламинарного к турбулентному течению приводит при некотором числе Рейнольдса, получившего название критического: