ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ELLIPTICAL BULB TERHADAP HAMBATAN VISKOS DAN GELOMBANG PADA KAPAL MONOHULL DENGAN PENDEKATAN CFD

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ELLIPTICAL BULB TERHADAP HAMBATAN VISKOS DAN GELOMBANG PADA KAPAL MONOHULL DENGAN PENDEKATAN CFD TUGAS AKHIR oleh : Taufik Ahmad Dahlan JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013

2 Content METODOLOGI PENELITIAN PENDAHULUAN SIMULASI CFD KESIMPULAN DAN SARAN HASIL DAN PEMBAHASAN

3 Latar Belakang Title and Content Layout with Chart Efisiensi Desain Hambatan Kapal Bulbous Bow

4 Rumusan Masalah Berapakah besar nilai hambatan viskos dan gelombang pada kapal monohull dengan dan tanpa bulbous bow? Bagaimana pengaruh variasi elliptical bulbous bow terhadap nilai hambatan viskos dan hambatan gelombang? Bagaimana hasil perbandingan nilai hambatan antara metode CFD dengan eksperimen uji tarik pada penelitian sebelumnya?

5 Tujuan Mendapatkan nilai hambatan viskos dan gelombang pada kapal monohull akibat penambahan bulbous bow tipe elliptical. Mendapatkan konfigurasi ukuran model bulbous bow yang optimal terhadap pengurangan hambatan kapal monohull. Membandingkan nilai hambatan model kapal monohull dari hasil pengujian antara hasil CFD Ansys-FLUENT dengan hasil eksperimen.

6 Batasan Masalah Model kapal monohull dan data validasi menggunakan penelitian yang telah dilakukan oleh Murdijanto, Utama, Jamaluddin (2011) Jenis bulbous bow yang digunakan adalah Elliptical Bulb. Terdapat dua variasi panjang bulbous bow, yaitu 2%Lwl dan 4%Lwl. Variasi kecepatan yaitu 5,71; 6,08; 7,25; 8,13; 8,94; 9,28 knots. Semua perhitungan dilakukan dengan menggunakan bantuan software Ansys-CFD FLUENT.

7 Metodologi Penelitian Mulai Pengidentifikasian Masalah Apa pengaruh penambahan elliptical bulb pada model kapal monohull dari segi hambatan viskos dan gelombang Studi Literatur awal Bentuk-bentuk bulbous bow Pengaruh penggunaan bulbous bow Operational Software CFD Perhitungan Hambatan Analisa Hambatan Konsep pengolahan data hasil penelitian sebelumnya oleh (Murdijanto, Utama, Jamaluddin, 2011)

8 Metodologi Penelitian Pengolahan Data Menyusun data yang diperoleh untuk dapat diolah sesuai dengan studi literature yang digunakan. Data particular kapal monohull yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : Lwl (m) B (m) D(m) H(m) Cb Vol.Displ (m 3 ) Pemodelan Pemodelan geometri lambung kapal dengan penambahan bulbous bow dengan batasan nilai displacement yang sama tiap model kapal. Pemodelan dilakukan dengan maxsurf dan di exsport ke ICEM CFD untuk proses meshing Grid Independence Grid independence dilakukan pada kapal monohull tanpa bulbous bow dengan simulasi 1 fluida (full viskos) dan simulasi 2 fluida (free surface)

9 Metodologi Penelitian Perhitungan Menghitung hambatan viskos dan hambatan gelombang kapal monohull dengan bantuan software Ansys-CFD FLUENT untuk setiap model dengan konfigurasi model yaitu NBB ; 2%Lwl; 4%Lwl dan variasi kecepatan (5.71 knot; 6.08 knot; 7.25 knot; 8.13 knot, 8.94 knot dan 9.28 knot ) Analisis Data Membandingkan hasil perhitungan hambatan lambung kapal monohull dari perhitungan Ansys-CFD FLUENT dengan hasil eksperimental yang telah dilakukan sebelumnya oleh (Murdijanto, Utama, Jamaluddin (2011) ) Kesimpulan dan Saran Menarik kesimpulan atas penelitian ini dengan menentukan optimasi model bulbous bow terbaik dengan acuan pengurangan hambatan Pembuatan Laporan Akhir

10 Studi Literatur Rumus Umum Hambatan : R V R W R T C V C W C T R = 1 ρ 2 Vs2 S C Dimana : ρ = Massa Jenis Air (Kg/m 3 ) Vs = Kecepatan kapal (m/s) S = Luas Permukaan Basah (m 2 ) C = Koefisien Hambatan

11 Pemodelan Kapal GENERAL DATA KAPAL MONOHULL Length Of Waterline 13.8 (m) Length between perpendiculars 13.5 (m) Beam on waterline 2.4 (m) Draft to Baseline 0.65 (m) Draft on Maxsurf 0.58 (m) Displaced volume (m 3 ) Cross-sect.area above 5 (m 2 ) Design speed 9.5 (Knots) Roughness allowance 0 Mass density of water 1025 (Kg/m 3 ) Temperature of water 30 (centigrades) Displaced volume in maxsurf (m 3 ) Displacement ton WSA m 2 Modifikasi Bulbous bow pada software Maxsurf Pro. Export ke dalam format IGES. Import file IGES pada ICEM CFD

12 Pemodelan Kapal NBB BB2 BB4 Monohull No Bulb Draft = 0.65 m Variasi 1 (2%Lwl) Draft = m Variasi 2 (4%Lwl) Draft = m

13 Langkah Pemodelan ICEM Titik ( Vertex ) Garis (Edge) Bidang (Face) Import Geometry Boundary Condition Ship (wall solid) Inlet Outlet Wall Fluida Export ke.msh Export model kapal tanpa bulb Export model kapal dengan penambahan bulb Langkah pembuatan model Meshing Global mesh setup Part mesh setup Compute mesh mesh type : tetra/mixed

14 Visualisasi Meshing Simulasi 1 Fluida Model Simulasi 2 Fluida

15 Simulasi CFD 1 Fluida Mesh Info Total Element : Jumlah Node : Mesh Type : Tetra / Mixed Mesh Method : Robust

16 Proses Running 1 Fluida Preprocessing FLUENT Workbench Mengimpor Mesh, Memilih Solver : Model Viskos ( k-omega SST oleh Menter) Menentukan Jenis Material ( water ) Density = kg/m 3 Menentukan Kondisi Batas Inlet : Velocity Inlet ( vektor kecepatan) Outlet : Outlet-Vent (static Pressure =0Pa) Ship : wall (no slip) Wall : wall (free slip) Menentukan parameter kontrol solusi Menentukan metode interpolasi representasi hasil dalam bentuk grafik, gambar, analisa, dan perhitungan Postprocessing Solving Solve>Controls>Solution Solve>Initialize>Initialize. Solve>Monitors>Residual Solve>Monitors>Surface Solve>Iterate

17 Simulasi CFD 2 Fluida Mesh Info Total Element : Jumlah Node : Mesh Type : Tetra / Mixed Mesh Method : Robust

18 Proses Running 2 Fluida Preprocessing FLUENT Workbench Mengimpor Mesh, Memilih Solver : Model Multiphase : VOF implicit ( open channel flow) Model Viskos ( k-omega SST oleh Menter) Menentukan Jenis Material ( water and air) Menentukan Kondisi Batas Inlet : Mass Flow Inlet Outlet : Pressure Outlet Ship : wall (no slip) Wall : wall (free slip) Menentuka parameter kontrol solusi Menentukan metode interpolasi representasi hasil dalam bentuk grafik, gambar, analisa, dan perhitungan Postprocessing Solving Solve>Controls>Solution Solve>Initialize>Initialize. Solve>Monitors>Residual Solve>Monitors>Surface Solve>Iterate

19 Grid Independence GRID TOTAL ELEMENTS Rv (N) % Rv A B C D E F GRID TOTAL ELEMENTS RT (N) % RT A B C D E F

20 Perbandingan Hambatan Eksperimen dan CFD Froude V 1+k CV CW number (knots) CT CF Froud Number C T C V C W

21 Analisa Hasil Hambatan CFD Fn C T C V C W BB Fn C T C V C W BB

22 Perbandingan Hasil Hambatan CFD Cv CT Cw

23 Kesimpulan dan Saran Kesimpulan : CFD mampu memberikan nilai yang cukup bagus dengan selisih CT antara pengujian numerik dan eksperimen untuk keseluruhan dibawah 8.9 %. Variasi bulbous bow memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penambahan hambatan viskos. Bulbous bow tipe elliptical mampu mempresentasikan pengurangan hambatan pada Fr > 0.27 Konfigurasi bulbous bow yang paling optimal dalam pengurangan hambatan adalah bulbous bow variasi panjang 4%Lwl (BB4)

24 Kesimpulan dan Saran Saran : Penentuan meshing yang lebih optimal sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat (Grid Independence). Melakukan variasi model jenis bulbous bow yang lain dan variasi ukuran dimensi bulbous bow untuk mendapatkan pengurangan hambatan yang lebih efisien. Analisa lebih mendalam tentang simulasi hambatan kapal pada ANSYS FLUENT. Spesifikasi komputer sangat mempengaruhi kualitas grid, sehingga hal ini sangat diperhatikan.

25 Visualisasi CFD Model Monohull BB2 Fr = 0.25

26 Visualisasi CFD Velocity BB2 Fr = 0.41

27 Thank You!