由于水流粘滞性的作用，当实际流体流经固体壁面时，在边壁附近形成的一个流速梯度很大的区域。对平板来说，当水流的雷诺数很大时，边界层将是紧贴于固体壁面附近极薄的一层水流。边界层外部水流，由于其流速梯度极小，可忽略粘滞性而近似作为理想流体处理。这样，把水流运动分成边界层流动和边界层外势流两个区域，为应用数学方法解决流动问题开辟了道路，引起流体力学划时代的进步，促进了航空、航天、化工、水利、航海等很多工程领域的巨大发展。边界层理论由普朗特（L.Prandtl）于1904年提出后得到了很大发展。它是水流阻力和水头损失计算的理论基础。

明流边界层

边界层厚度δ是自固体壁面至流速达到当地势流流速U₀的99%的点之间流体层的厚度，见图。δ为x的函数。在边界层内的流动，沿流程一般可分为层流边界层、紊流边界层和由层流到紊流的转捩区。紊流边界层中又含有一个很薄的粘性底层。定义R_ex＝为边界层雷诺数。则光滑平板边界层由层流到紊流转捩的临界雷诺数是：

3×10⁵＜R_ex＜3×10⁶

边界层还有其他几种厚度的定义：

位移厚度：

边界层

动量损失厚度：

边界层

能量损失厚度：

边界层

边界层微分方程是对纳维埃—斯托克斯方程进行数量级的分析而得。考虑到在边界层中横向尺度较纵向尺度为小，即δ＜L，可得边界层微分方程如下：

边界层

通常边界条件为：

(1)y＝0:U_x＝0,U_y＝0

(2)y＝∞:U_x＝U_o

对边界层微分方程沿y向积分可得动量积分方程：

边界层

式中 H ＝，即边界层位移厚度与动量损失厚度之比值。

该式在很多边界层计算中得到广泛应用。

明槽水流边界层是具有自由水面的明槽水流流过固体壁面时形成的边界层。在水利工程中很多高速水流问题，如掺气、脉动压力、空化与空蚀等都与这种明槽水流边界层的特性密切有关。

参考书目

H.Schlichting,Boundary Layer Theory,Mc.Graw-Hill Book Co.1979.

L.普朗特等著，郭永怀、陆士嘉译：《流体力学概论》，科学出版社，1981。（L.Prandtl，K.Oswatitsch，K.Wicghardt，Führer Durch Die Strmungslehre，Friedr，Viewegtsohn，Braunschweig，1969.）

清华大学水力学教研组编：《水力学》（上册），人民教育出版社，1981。