경계층

요약 물체가 물이나 공기 등 점성(粘性)이 작은 유체 속을 운동할 때, 물체의 표면에 접하는 유체의 얇은 층을 말한다. 경계층에서는 점성이 없는 이상적인 유체로 생각할 수 없으므로 점성의 영향을 고려해야한다.

점성이 작은 유체의 경우, 물체에서 충분히 떨어진 영역에서는 점성이 없는 이상적인 유체, 즉 완전유체(完全流體)로 생각해도 오차는 작으나, 물체의 표면 바로 근처에서는 점성을 완전히 무시할 수가 없다. 일반적으로 레이놀즈수(數)가 큰 흐름에서는 점성을 무시할 수 없는 영역이 극히 얇은데, 이 경우 점성의 영향은 얇은 경계층의 내부에서만 고려하고, 그 바깥쪽에서는 완전유체로 취급할 수가 있다.

이 방법에 의한 이론을 '경계층 이론'이라 한다. 이 이론을 최초로 확립한 것은 독일의 물리학자 L.프란틀이며, 그 결과 물체의 주위를 흐르는 유체의 이론적인 취급이 현저하게 간단해졌다. 원주와 같은 모양이 좋지 않은 물체의 유체저항이 큰 사실이나 비행기 날개의 실속(失速) 등은 물체의 표면에서 경계층이 떨어져 나가는 것으로 설명될 수 있는데, 경계층을 제어함으로써 날개의 실속을 늦추는 일이 널리 행하여지고 있다.

또한 경계층의 성질은 유체가 물체에 미치는 마찰저항에 큰 영향을 받으므로, 가급적 넓은 범위에서 물체 표면의 경계층이 바람직한 상태를 유지하도록 하는 연구도 이루어지고 있다.