Araç aerodinamiği ve sınır tabakanın gizemi

Viskozitenin, akışkan tabakalarının birbiri üzerinde kaymaya karsı gösterdikleri direncin bir tür ölçüsü olduğunu söylemek mümkündür. Aynı direnç etkisi akışkanla – katı cidar arasında da söz konusudur. Yani bir akışkan bir katı cisim etrafından geçerken veya bir cisim bir akışkan içerisinde hareket ederken cisim akışkana akışkan da cisme temas yüzeyleri boyunca teğetsel kuvvetler etki eder.

Deneyimler göstermektedir ki böyle bir hareket içerisinde temas yüzeyinin bütün noktalarında katı cismin hızı ile akışkanın ortalama hızları aynıdır. Diğer bir deyişle akışkanın katı cisme göre hızı sıfırdır.

Cisme en yakın tabakalarda neredeyse durma hızlarında olan akışkan zerreleri daha üst tabakalardaki biraz daha hızlı komşu akışkan kitlelerine teğetsel kuvvetler etkiterek onların yavaşlamasına neden olurlar. Komsu tabakalar arasındaki bu etkileşim cisimden uzaklaştıkça azalacak biçimde sonsuza kadar devam eder.

Bir katı cidar civarında akım hızlarının bu şekilde azalması doğrudan viskozitenin sonucudur. Viskozitenin olmaması halinde, yani sürtünmesiz akımda bu etkinin bulunmayacağını söylemek mümkündür. Aslında bütün akışkanlar viskoz yani sürtünmelidir. Ancak, yüzyılımızın baslarında, modern aerodinamiğin kurucularından olan Prandtl, viskozite etkisinin bir katı cidar yakınında dar bir bölgede çok fazla olduğunu ve bu bölgenin dışına çıkınca etkinin ihmal edilebilir mertebelere indiğini tespit ederek, bir cisim etrafındaki akım alanının farklı karakterde iki bölge halinde incelenmesinin uygun olacağını ortaya koymuştur. Bu bölgelerden, katı cidara yakın olan ve akım hızlarının yukarıda izah edildiği gibi azaldığı bölgeye sınır tabaka adını vermis, viskozite etkilerinin ihmal edilebilir mertebelere indiği dış bölgeye ise sürtünmesiz akım bölgesi adını vermiştir.

Sınır tabaka genellikle akım hızlarının viskoz olmayan bölgedeki akım hızlarının %99’u ve daha altındaki mertebelerde olduğu bölge olarak tarif edilir. Katı cidardan itibaren, akım hızının sürtünmesiz akım hızının %99’una eşit olduğu tabakaya kadar olan mesafe de sınır tabakanın kalınlığı olarak tanımlanır.

Kaynak: M. Adil Yükselen, “UCK 351 – Aerodinamik Ders Notları”