Rajakerroksen

Rajakerroksen viittaa fluidin osaan, jossa kiinteän pinnan läheisyydessä virtaus on vahvasti vaikuttunut viskositeetista ja pintamurtumisesta. No-slip-olosuhteen vuoksi fluidin nopeus on pinnassa nolla ja kasvaa nopeasti kohti vapaan virtauksen nopeutta. Rajakerros voi esiintyä sekä hydrodynaamisena että ilmakehässä.

Atmosfäärisessä rajakerroksessa (ABL) lähellä maanpintaa ilmamassojen ominaisuudet, kuten nopeus, lämpötila ja kosteus, muuttuvat voimakkaasti pintaan nähden. Rajakerroksen paksuus riippuu sillasta, maaston pinnan rouhnuudesta, ilmavirrasta ja stabiilisuudesta. Päivisin, epäsäännöllisesti lämpenevä ilmakehä voi kasvattaa rajakerroksen korkeutta useisiin sataa metreihin tai jopa kilometriin, kunnes konvektio ja turbulence aiheuttavat sekoittumista. Yöllä stabiilimmat olosuhteet voivat kaventaa rajakerroksen muutamasta kymmenestä metristä satoihin metreihin.

Hydrodynaaminen rajakerros syntyy, kun neste virtasi pintaan kiinnittyy ja viscous forces vaikuttavat nopeusprofiiliin. Tämä kerros on usein turbulentin, jos Reynolds-luku on riittävän suuri, mikä lisää veden tai polttoaineen sekoittumista ja häviöitä. Rajakerroksen paksuutta säätelevät virtausnopeus, pinnan karheus (z0) ja nesteen ominaisuudet, kuten kinematiikka ja lämpötila.

Tutkimuksessa rajakerroksen määrittely ja mittaaminen perustuvat sekä teoreettisiin malleihin (esim. Prandtlin rajakerros) että kokeellisiin ja numeerisiin menetelmiin (kenttämittaukset, wind-tunnel, CFD). Sen ymmärtäminen on keskeistä sään, ilmanlaadun, suunnittelun ja energiatehokkuuden kannalta.