Strato limite

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    Nell’ambito dei fenomeni di trasporto nelle sostanze fluide, si definisce strato limite (in inglese boundary layer) quella superficie che delimita una zona all’interno di un fluido adiacente ad una regione di separazione tra due fasi, in corrispondenza della quale si ha una brusca variazione di una grandezza fisica, che può essere la velocità, la temperatura, o la concentrazione.

    Tipologie di strato limite

    Strato limite meccanico

    Il moto di un fluido in prossimità di una superficie può essere studiato attraverso il concetto di strato limite meccanico (δm). L’interazione meccanica che un fluido subisce in questo “strato” è di tipo dissipativo, ossia il fluido viene rallentato sia per effetto di un’azione tangenziale opposta al moto, ossia l’attrito della superficie e l’effetto della viscosità cinematica del fluido stesso, che per effetto dell’inerzia della crescente massa di fluido coinvolta nell’interazione. Pertanto il fluido, durante il suo moto, dall’imbocco a tutte le posizioni successive modificherà il suo profilo di velocità; mentre all’aumentare della quota interna al fluido, gli effetti del rallentamento si esauriscono lasciando il fluido indisturbato.

    Se quindi individuiamo i punti in cui, a meno dell’1% si riscontra una velocità pari a quella dell’imbocco, e li raccordiamo con una curva, questa rappresenterà il bordo dello strato limite meccanico; oltre il quale il fluido sarà indisturbato. Lo strato limite meccanico, invece, sarà rappresentato dalla zona sottesa alla curva, nel quale si manifestano gli effetti del rallentamento con gradienti di velocità non nulli. Lo spessore dello strato limite meccanico, quindi, dipenderà dagli effetti dell’interazione fluido/superficie; pertanto più sarà grande il valore di viscosità cinematica del fluido e tanto più sarà spesso lo strato limite meccanico.

    Strato limite termico

    Assunta l’ipotesi di una superficie a temperatura diversa da quella del fluido a contatto, l’interazione termica che vi ha luogo verrà rappresentata da uno strato, detto strato limite termico (δt), in cui il fluido risente dell’interazione termica e modifica la sua temperatura.

    Quindi a fronte di una differenza di temperatura, si verranno a generare dei gradienti termici che consentiranno un flusso di calore, che avranno una intensità direttamente proporzionale al valore di diffusività termica α del fluido stesso.