SIMULASI ALIRAN UDARA 3D PADA COMBUSTION CHAMBER ENGINE GE.J47-GE-17 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT. Skripsi. Sarjana Strata 1 (S1)

Transkripsi

1 SIMULASI ALIRAN UDARA 3D PADA COMBUSTION CHAMBER ENGINE GE.J47-GE-17 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Skripsi Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana Strata 1 (S1) Disusun Oleh : Rudy Afrian JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2010 i

2 LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING SKRIPSI DENGAN JUDUL SIMULASI ALIRAN UDARA 3D PADA COMBUSTION CHAMBER ENGINE GE.J47-GE-17 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Yang Dipersiapkan Oleh: Nama : Rudy Afrian Nim : Jurusan : Teknik Penerbangan Telah Memenuhi Persyaratan dan Siap Untuk Diujikan Disetujui Pada Tanggal Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II M. Ardi Cahyono.ST, MT Karseno KS, INZ, SE, MM ii

3 LEMBAR PENGESAHAN SIMULASI ALIRAN UDARA 3D PADA COMBUSTION CHAMBER ENGINE GE.J47-GE-17 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Yang Dipersiapkan Dan Disusun Oleh RUDY AFRIAN Telah dipertahankan di depan tim penguji skripsi pada tanggal 3 Juni 2010 dan dinyatakan telah memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik Susunan Tim Penguji Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua Penguji : M. Ardi Cahyono. ST, MT... Penguji I : Karseno KS, INZ, SE, MM... Penguji II : Ir. Heru Yudanarsa... Penguji III : Muhammad Yusuf, ST... Yogyakarta,... Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Ketua Jurusan Ir. Djarot Wahju Santoso, MT iii

4 PERNYATAAN Yang Bertanda Tangan Di Bawah Ini : Nama : Rudy Afrian Nim : Jurusan : Teknik Penerbangan Judul Skripsi : Simulasi Aliran Udara 3D Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Dengan Menggunakan Software Fluent. Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil pekerjaan saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau telah dipergunakan dan diterima sebagai persyaratan penyelesaian studi pada universitas atau instansi lain kecuali pada bagian-bagian tertentu yang telah dinyatakan dalam teks. Yogyakarta,... Yang Menyatakan, Rudy Afrian iv

5 MOTTO Jadilah seperti air mengalir, dimana setinggi apapun bendungan yang di buat, tetapi pasti akan selalu mendapatkan jalan untuk keluar... Modal terbaik adalah keyakinan, kekuatan terhebat adalah semangat, kesalahan terbesar adalah menyerah, dan hal yang paling tak berguna adalah kesombongan... Janganlah kamu menunggu sesuatu keberuntungan, tetapi harus berdoa dan berusaha dengan segenap kemampuan, dan bersyukurlah atas sesuatu yang telah didapatkan... Ketika kamu dalam kesulitan dan kemalangan ingatlah janji ALLAH, karena sesungguhnya sesudah kesulitan dan kemalangan itu akan ada kemudahan. (QS. Alam Nasyrah) You can if you think you can... Handle your self... Hidup hanya sekali jadi janganlah disia-siakan karena waktu terus berjalan dan tidak diputat kembali... Terima dan nikmatilah apapun yang kamu miliki dengan ikhlas, karena itu akan membuat kamu tenang lahir dan batin... v

6 LEMBAR PERSEMBAHAN Skripsi ini saya persembahkan untuk : Allah SWT. Bapak, Ibu, dan kakak-kakak tercinta. Teman teman seperjuangan. Kampus STTA. vi

7 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH S.W.T yang telah memberikan Rahmat serta Hidayah-Nya kepada penulis, karena dengan Rahmat dan Hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Simulasi Aliran Udara 3D Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Dengan Menggunakan Software Fluent. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat akademis untuk menyelesaikan pendidikan S-1 Study Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Yogyakarta. vii

8 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis sangat bersyukur atas terselesaikannya Tugas Akhir ini. Semua ini tidaklah akan tercapai tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. ALLAH S.W.T atas segala limpahan karunianya. 2. Kedua Orang tua dan kakak kakak saya tercinta atas cinta kasih, do a, harapan, serta dukungan moral maupun material. 3. Bp. Ir. Suyitmadi, MT selaku ketua STT Adisutjipto Yogyakarta. 4. Bp. Ir. Djarot Wahju Santoso, MT selaku ketua jurusan teknik penerbangan STT Adisutjipto Yogyakarta. 5. Bp. Ardi Cahyono, MT selaku pembimbing satu. 6. Bp. Karseno KS, INZ, SE, MM, selaku pembimbing dua. 7. Teman teman seperjuangan yang memberikan informasi, data data, dan masukan-masukan yang sangat membantu. 8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Tiada lain yang dapat penulis berikan, semoga semua budi baik yang diberikan kepada penulis mendapatkan balasan dari ALLAH S.W.T. Amien. viii

9 SIMULASI ALIRAN UDARA 3D PADA COMBUSTION CHAMBER ENGINE GE.J47-GE-17 DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Oleh: Rudy Afrian Combustion Chamber merupakan salah satu bagian dari engine yang berguna untuk tempat pembakaran dimana diharapkan terjadi proses campuran antara bahan bakar dan udara, untuk menghasilkan gas pembakaran pada temperatur dan tekanan tertentu. Untuk dapat melihat aliran aliran udara yang terjadi di dalam combustion chamber harus dilakukan pensimulasian. Dalam rangka mengetahui bagaimana aliran-aliran udara tersebut bergerak, kecepatan aliran udara, dan temperature yang terdapat di dalam combustion chamber engine GE.J47-GE-17. Maka penulis disini ingin melakukan simulasi secara komputasional dengan menggunakan software Fluent. Fluent merupakan program komputer yang digunakan untuk berbagai macam simulasi seperti aliran fluida, reaksi kimia, dan fenomena-fenomena lainnya. Dari hasil simulasi software Fluent yang dibahas dalam penelitian ini, didapat hasil Iterasi yang merupakan nilai kecepatan dan temperatur kemudian dikonversikan kedalam bentuk grafik. Simulasi juga dilakukan pada model dengan menghilangkan bagian swirlnya. Dengan demikian, didapatkan hasil yang antara lain bahwa combustion chamber yang menggunakan swirl memiliki karakteristik aliran udara yang merata dibandingkan dengan yang tidak menggunakan swirl. Kata Kunci : Combustion Chamber. Fluent, Swirl, Kecepatan, Temperatur. ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR PERNYATAAN... i... ii... iii... iv MOTTO... v HALAMAN PERSEMBAHAN... vi KATA PENGANTAR... vii UCAPAN TERIMA KASIH... viii ABSTRAK... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR SIMBOL... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Rumusan Masalah Maksud dan Tujuan Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Siklus Turbin Gas Siklus Ideal Turbin Gas Siklus Turbin Gas Sederhana Persamaan Energi Yang Umum Untuk Proses Aliran Tunak. 8 x

11 2.2.1 Penerapan Persamaan Energi Yang Umum Untuk Proses Aliran Tunak Ruang bakar (Combustion Chamber) dan Pembakaran Desain Ruang Bakar (Combustion Chamber) Jenis jenis Ruang Bakar Persyaratan Kontruksi Ruang Bakar Turbin Gas Proses Pembakaran Aliran Turbulen dan Model k-epsilon Standar Aliran Turbulen Model k-epsilon Standard Fluent BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian Obyek Penelitian Pengumpulan dan Analisis Data Langkah Langkah Penelitian Analisis dan Perhitungan Data BAB IV SIMULASI DAN PEMBAHASAN 4.1 Simulasi Pembahasan Hasil Simulasi BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P-v dan T-s Siklus Turbin Gas Ideal (Siklus Brayton)... 7 Gambar 2.2 Sistem dan Batas Sistem... 9 Gambar 2.3 Sistem Ruang Bakar Gambar 2.4 Temperatur Nyala Adiabatik Gambar 2.5 Skema Ruang Bakar Turbin Gas dan Zona Pembakaran (Aliran Lurus) Gambar 2.6 Aliran Udara dan Gas di Ruang Bakar Gambar 2.7 Ruang Bakar Jenis Can Gambar 2.8 Ruang Bakar Jenis Annular Gambar 2.9 Ruang Bakar Jenis Can-annular Gambar 2.10 Distribusi Temperatur Pada Ruang Bakar Gambar 2.11 Pengaruh Tempeature Terhadap Batas Nyala Gambar 2.12 Pembagian Aliran Udara di Dalam Ruang Bakar Gambar 3.1 Engine GE.J Gambar 3.2 Irisan Penampang Engine GE.J Gambar 3.3 Diagram Alur Penelitian Gambar 3.4 Dimensi Ruang Bakar Mesin GE.J47-GE Gambar 4.1 Tampilan Windows ketika Gambit Dijalankan Gambar 4.2 Koordinat Titik- Titik Penyusunan Combustion Chamber Gambar 4.3 Garis Garis Lurus (Straight) Penyusun Combustion Chamber Gambar 4.4 Garis Garis Lengkung (Arc) Penyusun Combustion Chamber Gambar 4.5 Bagian Bagian Yang Menyusun Combustion Chamber Gambar 4.6 Titik Titik Koordinat Dilution Air Holers xii

13 Gambar 4.7 Coordinate sys untuk Dilution Air Holes Gambar 4.8 Pembentukan Cylinder Pada Ruang Bakar Gambar 4.9 Combustion Chamber Disertai Dengan Dilution Air Holes Gambar 4.10 Garis Garis Penyusun Swirl Gambar 4.11 Bagian Bagian Penyusul Swirl Gambar 4.12 Bagian Swirl yang telah Dihapus Gambar 4.13 Bagian Tengah Swirl Gambar 4.14 Penggabungan Bagian Swirl Dengan Bagian Tengah Swirl Gamabr 4.15 Bidang Inlet, Outlet, dan Dilution Air Holes Gambar 4.16 Bagian 39 (yang berwarna merah) Gambar 4.17 Bagian 39 Yang Telah di Split Dengan Swirl Gambar 4.18 Proses Mesh Garis Yang Pertama Gambar 4.19 Proses Mesh Garis Yang Pertama dan Kedua Gambar 4.20 Proses Mesh Volume Combustion Chamber Gambar 4.21 Examine Mesh Gambar 4.22 Kualitas Mesh Combustion Chamber Gambar 4.23 Kondisi Batas Wall Gambar 4.24 Kondisi Batas Wall, Velocity Inlet, dan Outflow Gambar 4.25 Mengekspor File Mesh Gambar 4.26 Bagian Tengah Combustion Chamber Kreasi Penulis Gambar 4.27 Mesh Garis Combustion Chamber Kreasi Penulis Gambar 4.28 Mesh Garis Bagian Dilution Air Holes Gambar 4.29 Mesh Volume Combustion Chamber Kreasi Penulis Gambar 4.30 Kualitas Mesh Volume Combustion Chamber Kreasi Penulis Gambar 4.31 Kondisi Batas Combustion Chamber Kreasi Penulis xiii

14 Gambar 4.32 Menjalankan Fluent Gambar 4.33 Pengecekan Grid Combustion Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.34 Pengecekan Grid Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis Gambar 4.35 Penyekalaam Grid Gambar 4.36 Pengaturan Panel Grid Display Gambar 4.37 Tampilan Grid Combustion Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.38 Tampilan Grid Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis Gambar 4.39 Panel Solver Gambar 4.40 Pengaturan Panel Energy Gambar 4.41 Pengaturan Panel Viscous Model Gambar 4.42 Pengaturan Panel Materials Gambar 4.43 Pengaturan Panel Set Units Gambar 4.44 Pengaturan Kondisi Batas Untuk Fluida Gambar 4.45 Pengaturan Kondisi Batas Untuk Inlet dan Dilution Holes (DH). 87 Gambar 4.46 Pengaturan Kondisi Batas Untuk Outlet Gambar 4.47 Pengaturan Kondisi Batas Untuk Semua Dinding dan Swirl Gambar 4.47 Pengaturan Panel Solution Controls Gambar 4.48 Pengaturan Panel Solution Initialization Gambar 4.49 Pengaturan Panel Residual Monitors Gambar 4.50 Pengaturan Panel Iterasi Gambar 4.51 Grafik Iterasi Combustion Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.52 Grafik Iterasi Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis xiv

15 Gambar 4.53 Pengaturan Panel Flux Report dan Hasilnya Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.54 Pengaturan Panel Flus Report dan Hasilnya Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis Gambar 4.55 Pengaturan Panel Plane Surface Gambar 4.56 Pengaturan Panel Contours dan Panel Grid Display Gambar 4.57 Kontur Prediksi Kecepatan di Dalam Combustion Chamber Gambar 4.58 Kontur Prediksi Kecepatan Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis Gambar 4.59 Kontur Prediksi Temperatur Combustion Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.60 Kontur Prediksi Temperatur Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis Gambar 4.61 Pengaturan Panel Vectors dan Panel Grid Display Gambar 4.62 Vektor Prediksi Kecepatan Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.63 Vektor Prediksi Kecepatan Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis Gambar 4.64 Pengaturan Panel Path Lines Gambar 4.65 Garis Garis Lintasan Prediksi Kecepatan Pada Combustin Chamber Engine GE.J47-GE Gambar 4.66 Garis Garis Lintasan Prediksi Kecepatan Pada Combustion Chamber Engine GE.J47-GE-17 Kreasi Penulis xv

16 DAFTAR SIMBOL C g h I J k l L m p Q Re D S T u v V w W z μ ρ ԑ σ β kecepatan percepatan gravitasi entalpi per satuan berat itenstas turbulen faktor pengubah satuan kinetik turbulen panjang panjang massa tekanan perpindahan panas Bilangan Reynolds luas permukaan temperatur energi dalam per satuan berat volume spesifik kecepatan kerja persatuan berat kerja kinetik tinggi diukur dari garis datum viskositas dinamis massa jenis epsilon perbandingan kecepatan sudut xvi