熱境界層 — CAE用語解説

似ているけど別物だよ。速度境界層は壁面近傍で速度がゼロから主流速度に変化する領域、熱境界層は壁面温度から主流温度に変化する領域。両者の厚さの比はPrandtl数Prで決まる。空気（Pr≈0.71）では熱境界層の方が厚く、水（Pr≈7）では速度境界層より薄い。液体金属（Pr≈0.01）では熱境界層が速度境界層の何十倍も厚くなるんだ。

壁面の熱伝達率hは熱境界層の厚さδ_tに反比例する（h ≈ k/δ_t）。つまり熱境界層が薄いほど熱が伝わりやすい。例えばジェットインピンジメント冷却（噴流を壁面に吹き付ける）は熱境界層を極端に薄くすることで高い熱伝達を実現しているんだ。タービンブレードの冷却やLED基板の放熱でよく使われるよ。

壁面第1層のy+を適切に設定すること。低Reynolds数モデル（壁面解像）ならy+≈1、壁関数モデルならy+≈30〜300。熱境界層は速度境界層より薄い場合があるから、Pr > 1 の流体（水やオイル）ではy+をさらに小さくする必要があるよ。

エネルギー方程式と速度場が連成して熱境界層が形成される。

境界層・Prandtl数・対流熱伝達の3つが熱境界層の理解に必須だよ。

• 境界層
• Prandtl数
• 対流熱伝達

水（Pr≈7）の場合、速度境界層は解像できていても熱境界層が不足していることがあるから、壁面の温度プロファイルが滑らかかどうか確認してね。