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邊界層
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當流體經過一靜止的固體或液體表面時，流體速度由界面的零值增至主流速度的範圍稱為邊界層。邊界層內由於速度在垂直表面的方向上快速變化，產生了較強的紊流，有助於熱量及污染物的混合。除了速度邊界層外，流體流經一高溫的壁表面或面排放源時，在這些表面也會產生性質類似的垂直分佈剖面（由表面的高溫或高濃度垂直向上降低至主流的溫度及濃度），分別稱為溫度邊界層及濃度邊界層。在大氣擴散方面，離地面約500公尺的範圍稱為大氣邊界層，是研究空氣污染物擴散最重要的區域。
普朗特(L, Prandtl)於 1904年提出，在高雷諾茲數流動(high Reynolds number flow)中的流體，流過一流線型物體時，因流體分子黏性影響，會在固體邊界自由流流速(free stream velocity) ，使得層鄰近產生一層極薄的流層。層內的流體流速從邊界表面上不滑動的零速度，急遽地增大到層外的自內流體在固體邊界法線方向上有很大的流速梯度，形成不可忽視的剪力效應，此一薄層即為邊界層。按牛頓黏性定律(Newton's law of viscosity)，層內某點之剪力為τ=μ∂u/∂y，式中τ為剪應力；μ為流體動力黏性係數；∂u/∂y為邊界層法線方向的流速梯...
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邊界層理論
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邊界層理論首先由普朗特(L. Prandtl)於1904年提出，描述高雷諾茲數流(high Reynolds number flow)流經一流線型固體表面時，鄰近固體表面之處，因流體分子的黏性效應及流場速度梯度的存在，產生一極薄的剪力流層(shear layer flow)，稱此薄層為邊界層。邊界層內，沿邊界法線方向，流速由固體邊界上的零速，急速地增加到邊界層外緣的勢流流速，形成極大的流速梯度，而凸顯出黏性剪力之重要性，而邊界層的影響因此深受重視。舉凡邊界層內所涉及的一切物理現象的研究，諸如邊界層近似理論(boundary layer approximation)、邊界層方程式之推導、邊界...
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邊界層分離
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在邊界層流流過的固體表面呈凸曲面時，邊界層內流體質點之流速因前段之收斂形邊界面加速，且因後段之發散形邊界面減速，因而邊界層內流向上的壓力梯度dp/dx乃由負值逐漸增大成為正值。在固體邊界表面dp/dx=0鄰近處，被逆向壓力阻礙的流體質點因動能小而不足以流入增大的壓力區域，被迫偏離固體邊界面流入主流(Main flow)中，這種現象稱為邊界層分離。當流體流經一流線型物體時，發生邊界層流現象，且在下游處形成分離流；邊界上開始發生分離流的位置S，稱為分離點(separation point)。在分離點上游，流體質點偏離邊界，流入主流中；而分離點下游之流體質點則沿邊界以反主流方向朝分離點流動，而後...
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層流邊界層
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均勻流流過固體邊界時，因流體分子黏性作用在固體邊界表面鄰近，形成一層薄薄的剪力流層(shear flow layer)，稱為邊界層(boundary layer)，當主流（均勻流）流速較小，呈現層流狀態的邊界層時，稱為層流邊界層。沿邊界表面法線方向，定義固體邊界至流速為自由流流速0.99倍處的距離為邊界層厚度，以Δ表示之。此一距離即稱為動量邊界層厚度(momentum boundary layer thickness)。δ與自由流速 的平方根成反比，與流體運動黏度平方根成正比，與邊界層形成點之下游距離的平方根成正比。表為：
在均勻流越過平板時，所形成的層流... |
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大氣邊界層
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大氣邊界層是氣流運動受到地球表面影響的區域，包含地表至500公尺高度的大氣範圍。在這個區域內風的方向與速度由水平壓力梯度、剪力、及科氏力(Coriolis forces)所決定。大氣邊界又可依氣流的形式分為兩層，低層是由地表向上至50～100公尺處，稱為表面層(surface layer)。在此層的氣流，動量及熱量的通量對高度而言可視為常數，氣流運動由地表特性及溫度垂直梯度決定，是研究空氣污染擴散最重要的區域。在表面層以上至大氣邊界層的頂端處，動量及熱量的通量隨高度而定，風的運動受到表面拖曳力(surface drag)，溫度梯度，及科氏力之影響，在小尺度的傳輸上具有重要的地位。
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速度邊界層
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流體流經物體表面時，由於流體之黏性作用，使得流體之速度分佈由物體表面為零漸漸增大至一高度後成為自由流之速度，此速度分佈層稱之為速度邊界層。
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邊界層方程式
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普朗特(L. Prandtl)於1904年在研究二維邊界層流中，藉著邊界層流的特性，將納（維耳）‧史（托克斯）方程式(Navier-Stokes equations)簡化成另一較簡單的形式，稱為普朗特邊界層方程式(Prandti's boundary-layer equation)，寫為
附屬之邊界條件為：當y=0時，u=v=0表示無滑動、無吸氣、吹氣 作用；當y→∞時，u= 。 式中 表勢流流速，P為邊界層內流場靜壓，u,v分別為邊界層內流向及法線方向之流速分量。當流場流動為穩定流時(steady flow)，方程式中速度對時間偏微分∂... |
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熱邊界層
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如附圖所示，一浸於流動流體中的平板，流體流動方向和平板平行，流體之速度為u0；溫度為T0；平板表面溫度維持恆定溫度TW，若TW大於T0，流體將被平板加熱，使接近平板表面附近流體的溫度發生變化，而形成了溫度梯度，形成了一邊界層如OB線所示。此線與流體動力邊界層OA相似，在此界層中，溫度由平板表面的溫度TW變化至界層外的T0，此界層稱為熱邊界層。
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邊界層動量厚度
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在邊界層發生時，邊界層內流體流在勢流流速狀況下，應有的動量與邊界層流實際的動量之差，同視為邊界至某一厚度δ2之流體在勢流流速下所具有之動量。稱此一厚度δ2為邊界層動量厚度。茲分為可壓縮邊界層流及非可壓縮邊界層流予以說明。
在可壓縮邊界層流中，設邊界層內流體密度為ρ，流速為u，邊界層外緣勢流流體密度為ρ1，流速為 ，依定義，動量厚度之方程式可為 解得 在非可壓縮邊界層流中，邊界層內、外之密度均視為相同，ρ1=ρ，因此動量厚度可為 |
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邊界層控制
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邊界層(boundary layer)即為高雷諾茲數(high Reynolds number)流動中，緊貼邊界面(boundary surface)之相對速度為零，法向速度梯度甚大，即使流體黏性甚小，黏性力還是發生顯著作用之流動薄層。邊界層起初總是層流，而可能轉變成為亂流(turbulent)，也可能發生分離(separation)，而究竟在邊界層之何處層流轉變成為亂流，或者邊界層在何處發生分離等問題，與阻力(drag)、升力(lift)的大小有密切的關係。邊界層控制即為影響邊界層流動結構以謀求減少阻力，或增加升力時所用之技術。例如(1)改變邊界面的形狀儘量使得邊界層處於有利的負壓力梯度...
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