경계층

요약 공기는 유체이기 때문에 다른 물체와 마찰할 때 점성을 나타낸다. 자유롭게 흐르는 공기는 고체 표면 위를 지나면서 표면과의 마찰에 의한 점성을 지니게 되는데 이때 마찰에 의해 속도가 변하게 되는 층을 경계층이라고 한다.

모든 유체는 점성을 가지고 있다. 점성을 가진 공기가 고체 표면을 흘러가면 공기입자가 고체와 접촉하는 면에서는 공기의 점성 때문에 고체의 표면에 달라붙는다. 고체와 떨어지면서 유체는 점점 자신의 속도를 회복해서 고체표면으로부터 어느 정도 떨어진 곳에서는 자유흐름의 속도를 갖게 된다. 이때 유체가 점성으로 인해 고체표면의 영향을 받아 속도가 변하는데, 그 얇은 층을 경계층이라고 한다.

지상에서 약 1km 이내의 범위로써, 지면마찰의 영향을 받아 기류가 난조를 보여 불규칙해진다. 그러므로 이 층을 '마찰층'이라 할 때도 있다. 마찰력은 고체표면에 수직방향으로 속도의 변화율이 생기는 경계층에서 발생한다. 이 힘을 '표면마찰항력'이라고 한다. 지면마찰의 영향을 특히 강하게 받는 지상 10∼100m의 범위는 '표면(접지)경계층'이라 한다.

경계층 내에서의 공기의 흐름은 크게 층류(Laminar flow)와 난류(turbulent flow)로 나눌 수 있다. 층류는 공기 입자가 흐트러지지 않고 규칙적으로 흐르는 것을 의미하며, 지속적으로 같은 경향을 보이기 때문에 비교적 예측하기가 쉽다. 난류는 여러 방향으로 공기입자가 뒤섞이며 불규칙하게 흐르는 것으로 한 순간도 같은 경향으로 보이지 않기 때문에 예측이 불가능하다.