湍流边界层是如何分层的？

          在经典的湍流边界层分层模型中，湍流边界层内按照受壁面影响程度，可以分为内层（inner layer）和外层（outer layer）。

1. 内层（inner layer）主要受壁面影响，分为线性底层、过渡层和对数律层（交叠层）。

2. 外层（outer layer）主要受主流区的影响，也被称为尾流层。

• 黏性底层的范围为0 < < 5，在此范围内流动由粘性力主导，流体的黏性作用十分强烈，湍流的活动强度较弱。流向平均速度随着法向高度呈线性增长，即满足 = 。
  

• 缓冲层，也称为过渡层，其范围为5 < < 30，在此范围内湍流脉动最为活跃，并且流向脉动速度的湍流度在≈15的达到峰值。然而，这里的平均速度梯度仍然很高，强烈的剪切使得这里形成了非常高能的小规模湍流，是湍动能产生的主要区域。

• 对数律层，也称为交叠层，即内层和外层的交叠区域，其范围为30<<0.15，许多软件中的壁面函数模型就是在这里生效。这里的速度分布满足对数律，此范围内流向平均速度随着法向高度的对数呈线性增长，即满足下式：

• 尾迹层的范围为> 0.15其平均流向速度的分布通常用速度亏损率来表示。

注：

各种流动与传热研究和分析中，常用到无量纲化。根据无量纲化要用到参数的不同，分为内尺度无量纲化和外尺度无量纲化。

• 以内尺度特征速度以及内尺度特征长度进行的无量纲化称为内尺度无量纲化。

  

• 其中，为壁面摩擦速度，即内尺度特征速度；为流体的运动黏度；为壁面剪切应力；为流体密度；内尺度特征长度。

• 内尺度无量纲化的物理变量通常加上标“+”。例如，壁面法向高度通常使用标度湍流的特征尺度来进行无量纲化，内尺度无量纲化的壁面法向高度以及流向速度通常表示为、和。

  

  

  

• 以外尺度特征速度以及外尺度特征长度进行的无量纲化称为外尺度无量纲化。其中为自由来流速度，为湍流边界层的名义厚度。