Температурный 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 изменения 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.

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.

В случае малых скоростей (M = 0) обтекания плоской пластины в безразмерном уравнении баланса энергии член с квадратной скобкой в правой части исчезает; возвращаясь к размерным величинам, получим следующее уравнение баланса тепла:

 

Величину

 

называют обычно коэффициентом температуропроводности.
Та же форма сохраняется и в случае продольного обтекания тел вращения, если толщина пограничного слоя может рассматриваться как величина малая по сравнению с радиусом поперечной кривизны   тела.

В районе стенки присутствуют кроме температурного пограничного слоя также диффузионный и гидродинамический пограничные слои. С точки зрения обобщенного подхода к явлениям переноса принципиальная разница между всеми пограничными слоями отсутствует. Только толщина каждого пограничного слоя зависит от значения коэффициента переноса в обобщенном уравнении переноса. А поскольку значения коэффициентов переноса разные, то различна и толщина вышеперечисленных пограничных слоев.

Развитие теплового пограничного слоя определяется, помимо числа Рейнольдса, также Прандтля числом, котороерое характеризует соотношение между толщинами динамического и теплового пограничного слоя. Соответственно на развитие диффузионного пограничного слоя дополнительно влияние оказывает диффузионное число Прандтля или Шмидта число.

Внутри пограничного слоя кинетическая энергия молекул переходит в тепловую, вследствие чего при больших скоростях внешнего потока локальная температуpa газа увеличивается. В случае теплоизолированной поверхности температуpa газа в пограничном слое может приближаться к т. н. температуре торможения

Т₀=Т_е(1+((k-1)/2)М²),

где Т_е— температуpa газа вне пограничного слоя, k=c_p/c_v— отношение теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме.

Рассмотрим простейший пример тепловой задачи о поле температур и теплоотдаче пластинки в продольном потоке вязкой теплопроводной жидкости.
Обозначим через Т_w температуру пластинки и будем считать ее одинаковой вдоль всей поверхности пластинки, а через Т_∞— температуру набегающего потока.
В рассматриваемом случае dp/dx = 0, и дело сводится к интегрированию системы уравнений

(1)

с граничными условиями

(2)

Первые два уравнения системы (1) при граничных условиях (2) автономны и соответствуют гидродинамической задаче Блазиуса о пограничном слое в изотермическом потоке.

Введем безразмерную разность температур

Решая систему (1) с граничными условиями (2), и вводя новую переменную φ, для безразмерной температуры в итоге получим:

При числе Прандтля σ =1  из последнего равенства следует

что выражает условие подобия при σ =1 распределений разности между температурой на стенке и в данной точке сечения пограничного слоя и скорости потока в том же сечении.

В обшем случае (σ <>1) распределение Θ(η) в температурном пограничном слое отличается от распределения u(η) в гидродинамическом слое. Для обычных газов σ сравнительно мало отличается от единицы и разница между кривыми Θ(η) и u(η) невелика. Для жидкостей σ изменяется в широких пределах (σ >> 1 для вязких масел, глицерина; σ << 1 для жидких металлов) и разница становится весьма заметной.

На рис. 1 приведены кривые распределения Θ(η) для нескольких значений σ, подтверждающие сказанное; кривая σ = 1 представляет одновременно и распределение безразмерной скорости u/U_∞. Обратим внимание на один отчетливо выраженный на графике факт. Толщина температурного пограничного слоя возрастает с уменьшением числа Прандтля σ, совпадая  с  толщиной  гидродинамического  слоя  только   при  σ = 1.
 

Два самых простых метода нагревания для пайки — это воздушная конвекция и инфракрасный нагрев. При использовании воздуха в качестве средства для передачи тепла конвекция идеальна для нагревания компонентов, которые «выступают» из платы, таких, как выводы и маленькие детали. Однако при этом образуется пограничный слой между горячим воздухом и платой, который делает подачу тепла последней неэффективной (рис.1).

При ИК-нагреве инфракрасные нагреватели передают энергию путем электромагнитного излучения, которое будет равномерно нагревать компоненты при правильном управлении. Однако при отсутствии правильного управления может произойти перегрев платы и компонентов. ИК-излучатели, такие, как лампы и нагревательные стойки, имеют ограниченную площадь, при этом зона наибольшего нагрева находится непосредственно под нагревателем.

Таким образом,требуется прецизионное управление температурой, из-за того, что мощность ИК-нагрева очень чувствительна к температуре нагревателя. В то же время конвекционный механизм не является столь мощным, но обеспечивает качественный равномерный нагрев в печи.