(۳-۱۳)
و با توجه به رابطه پایستگی جرم (۳-۶)خواهیم داشت:
(۳-۱۴)
و به بیان دیگر:
(۳-۱۵)
حال رابطه (۳-۱۲) برای اصطکاک را به صورت زیر بازنویسی میکنیم:
(۳-۱۶)
بنابراین ضریب اصطکاک به عدد رینولدز وابسته است:
(۳-۱۷)
مقیاس ضریب انتقال گرمای جابجایی نیز با به کاربردن ضخامت لایه مرزی گرمایی به دست می آید:
(۳-۱۸)
که در آن تغییرات دمایی در ناحیه است.
بر اساس معادله انرژی لایه مرزی (۳-۱۱) همیشه بین رسانش از دیواره به جریان و جابجایی حرارت روی دیواره موازنه انرژی وجود دارد:
(۳-۱۹)
دو حالت زیر را در نظر میگیریم:
۱- اگر باشد (فلزات مذاب) آنگاه مقیاس u خارج لایه مرزی سرعت برابر است و با توجه به رابطه (۳-۶) مقیاس برابر است. به این ترتیب برای عبارت دوم در سمت چپ (۳-۱۹) داریم:
(۳-۲۰)
که در آن است بنابراین در برابر بسیار ناچیز و قابل صرفنظر است.
در نتیجه موازنه بین رسانش و جابجایی به سادگی به تبدیل می شود و در نتیجه:
(۳-۲۱)
با ادغام معادلات (۳-۱۵) و (۳-۲۱) خواهیم داشت:
(۳-۲۲)
یعنی نسبت فقط تابعی از Pr است و مستقل از x میباشد.
بنابراین فرض در صورتی معتبر است که باشد. فلزات مایع دارای چنین ویژگی هستند.
حال ضریب انتقال گرمای (۳-۱۸) را میتوان با بهره گرفتن از (۳-۲۱) بازنویسی کرد:
(۳-۲۴)
۲- اگر باشد (مانند هوا با عدد پرانتل یک و یا مانند آب و روغن با پرانتل بزرگتر از یک ) آنگاه از نظر هندسی مقیاس u در ناحیه کوچکتر از است و خواهیم داشت:
(۳-۲۵)
با جایگذاری این مقیاس در رابطه مربوط به موازنه رسانش و جابجایی خواهیم داشت:
(۳-۲۶)
و با ادغام معادلات (۳-۱۵) و (۳-۲۶) خواهیم داشت:
(۳-۲۷)
بنابراین فرض برای سیالاتی با معتبر است.
همچنین مقیاسهای ضریب انتقال گرما و عددناسلت به صورت زیر تغییر مییابند:
(۳-۲۸)
(۳-۲۹)
بیژن در برخی از مواقع خود ]۲۱و۲۲[ از تحلیل مقیاسی در حل مسایل استفاده کرده و به آن توصیه نموده است. از این روش در سالهای اخیر هم در پژوهشها و هم در آموزش استفادههای زیادی شده است. باتا چاربی و هاندلر ]۲۳[ برای تحلیل فواره تحت فشار در نزدیکی دیواره داغ از این روش استفاده کردند. کاستا ]۲۴[ یک روش حل یکپارچه برای مسایل همرفت به وسیله تعیین مقیاس زمانی فرایندهای رشد تنظیم نمود. گرشتن و هرویگر ]۲۵[یک فرمولبندی سه لایه را برای تحلیل مقیاس در مورد لایه مرزی جریان آرام تبیین نمودند. همچنین هرویگر ]۲۶[مبانی تحلیل مقیاس برای کل انتقال گرما را ارائه و در مورد گروه های بیبعد و اهمیت فیزیکیشان بحث کرد.
۳-۲ روش انتگرالی :
روش انتگرالی برای حل معادلات لایه مرزی قسمت مهمی از تحلیلی است که همکاران پرانتل به نامهای هاوس و فون کارمن در دهه ابتدایی قرن بیستم ارائه کردند.
در روش مقیاسی نحوه اثرگذاری پارامترهای هندسی و پارامترهای جریان را بر و نشان داده شد. برای مثال فهمیدیم و هر دو با متناسب هستند و به همینخاطر مقدار اصطکاک و شار گرما در نزدیکی لبه ابتدایی صفحه بیشتر است.گام بعدی در دقیقتر کردن جواب به دست آمده برای اصطکاک و ضریب انتقال گرما٬ تعیین ضرایب عددی است که در نتایج به دست آمده از تحلیل مقیاسی مشخص نشدند. در روش انتگرالی با توجه به تعاریف و درمییابیم که نیازی به حل کامل و در نزدیکی دیواره نیست بلکه فقط به شیبهای و در احتیاج است. از آنجا که تغییرات و در ارتباطی با تعیین مقادیر و ندارند میتوانیم متغیر را از معادلات لایه مرزی ممنتوم و انرژی حذف کنیم. این کار با انتگرالگیری از تمام عبارتهای این روابط در بازه تا انجام می شود به طوری که در آزاد واقع شده است.
ابتدا با بهره گرفتن از معادله بقای جرم (۳-۱)معادلات ممنتوم و انرژی را به صورت زیر بازنویسی میکنیم:
(۳-۳۰)
(۳-۳۱)
با انتگرالگیری از روابط (۴-۳۰) و (۴-۳۱) از تا و همچنین استفاده از فرمول انتگرالگیری لایب نیتز داریم:
(۳-۳۲)
(۳-۳۳)