Rajakerros

Rajakerros on fluidin kerros, joka sijaitsee liikkuvan pinnan läheisyydessä ja jossa viskositeetin vaikutus on merkittävä. Seinän pinnalla noudatetaan no-slip-olotusta, jolloin virtausnopeus on pinnalla nolla, ja nopeus kasvaa kohti vapaan virtauksen nopeutta etäisyyden kasvaessa pinnasta. Rajakerroksen paksuus ja profiili riippuvat virtauksen nopeudesta, nesteen viskositeetista sekä pinnan geometriasta; sitä voidaan kuvata Reynolds-luvun Re_x avulla.

Rajakerroksessa erotetaan laminaarinen rajakerros ja turbulentti rajakerros. Laminaarinen kerros on ohuempi ja virtaus on suhteellisen järjestäytynyttä, kun taas turbulentti rajakerros on sekoittuneempi, paksumpi ja siinä lämmön- sekä massansiirto sekä painejakauma ovat vaihtelunarkoimpia. Transitiot laminaarisesta turbulenssiin tapahtuvat tyypillisesti, kun Reynolds-luku ylittää tietyn rajan. Rajakerroksen tyyppi vaikuttaa kitkään, paineen jakautumiseen ja lämmönsiirtoon.

Matematiikassa rajakerroksen kehitystä kuvaavat boundary layer -yhtälöt, jotka ovat Navier–Stokes-yhtälöiden yksinkertaistuksia. Tarkemmat ratkaisut vaativat usein numeerisia menetelmiä. Käytetyimpiä lähestymistapoja ovat Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) -mallinnus ja Large Eddy Simulation (LES).

Rajakerroksella on keskeinen rooli lentokoneiden siipien ilmanvastuksessa sekä auto- ja rakennusteollisuudessa, joissa se vaikuttaa kitkaan, painejakaumaan sekä lämpö- ja massansiirtoon pinnoilla. Sen hallinta voi parantaa polttoainetehokkuutta ja lämmönhallintaa.

Rajakerroksen rakenteita mitataan muun muassa hot-wire -ankemometrialla, Particle Image Velocimetrylla (PIV) ja Laser Doppler Anemometrialla (LDA), joilla saadaan nopeus- ja lämpöprofiileja sekä virtaussuuntautumisia.