tudi kasus pengaruh perbandingan rusuk b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 dengan Re = 3 x 10 4.

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR (KONVERSI ENERGI) TM STUDI EKSPERIMENTAL DAN NUMERIK KARAKTERISTIK ALIRAN FLUIDA MELINTASI PRISMA TERPANCUNG Dengan PANJANG CHORD (L/A) = 4 tudi kasus pengaruh perbandingan rusuk b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 dengan Re = 3 x Oleh : Septian Widyatma Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Triyogi Yuwono, DEA

2 Latar Belakang Aplikasi dari aliran fluida melewati suatu body (eksternal body) Aliran fluida yang melewati body prisma mengalami separasi, sehingga akan menimbulkan gaya drag Salah satu metode pengurangan gaya drag, yaitu dengan menimbulkan separasi bubble Penelitian-penelitian terdahulu

3 Penelitian Yuniar,dkk(2009) Penelitian Lina Arfianti, dkk. (2009 Penelitian eksperimental dan numerik tentang karakteristik aliran fluida melintasi prisma terpancung perbandingan rusuk b/a = 0/12, 1/12, 2/12, 3/12, 4/12, 5/12, 6/12, 7/12, 8/12, 9/12, 10/12, 11/12, 12/12, Re= 53000, dan panjang chord konstan (L/a) = 4.

4 Penelitian Yuniar,dkk(2009) Penelitian Lina Arfianti (2009) HASIL : Cp /12 11/12 10/12 9/12 8/12 7/12 6/12 5/12 4/12 3/12 2/12 1/12 0/ θ ( ) terjadi separasi bubble mulai dari leading edge prisma terpancung, yaitu pada sudut yaitu pada sudut (θ = 14 (sisi upper) dan θ = 346 (sisi lower)) sampai dengan sudut (θ) tertentu yang bervariasi pada b/a = 12/12-5/12 Untuk b/a= 4/12 0/12, terjadi separasi massive mulai dari leading edge prisma terpancung, yaitu pada sudut yaitu pada sudut (θ = 14 (sisi upper) dan θ = 346 (sisi lower)) tanpa ada separasi bubble semakin besar b/a maka titik separasi massive akan semakin maju

5 Penelitian Yuniar,dkk(2009) Penelitian Lina Arfianti (2009) Vp 12/12 5 y/h Vp 11/12 Vp 10/12 Vp 9/12 Vp 8/12 Vp 7/12 Vp 6/12 Vp 5/12 Vp 4/12 Vp 3/12 CD CDp CDt CDf Vp 2/ Vp 1/12 Vp 0/ u/umax 12/12 11/12 10/12 9/12 8/12 7/12 6/12 5/12 4/12 3/12 2/12 1/12 0/12 b/a Semakin kecil b/a pada prisma terpancung, stream tube yang terbentuk akan semakin besar sehingga adverse pressure gradient yang terjadi semakin besar. Hal ini menyebabkan defisit momentum yang terjadi juga semakin besar. nilai koefisien drag semakin naik dengan berkurangnya b/a

6 Perumusan Perumusan Masalah Masalah Penelitian terdahulu (Yuniar, dkk. 2009) terjadi separasi bubble mulai b/a = 12/12-5/12. Ketika sudut alas diperkecil atau b/a semakin kecil (b/a <<1) maka tidak muncul separasi bubble Re yang terlalu besar Aliran Fluida Melintasi Prisma Terpancung dengan variasi perbandingan rusuk (b/a) yang serupa Memperkecil Re menjadi Hipotesa awal diharapkan defleksi aliran yang terjadi tidak terlalu besar, sehingga energi free stream yang ada mampu mengattachkan aliran kembali ke kontur

7 Tujuan Penelitian dan Batasan Masalah Tujuan Penelitian & Batasan Masalah mengetahui pengaruh pengecilan Re menjadi serta variasi perbandingan rusuk (b/a) pada prisma terpancung terhadap kemungkinan terjadinya separasi bubble. Dilakukan dengan cara : Mengukur distribusi tekanan kontur prisma Mengukur profil kecepatan dibelakang prisma Visualisasi aliran dengan menggunakan oil flow picture Pemodelan dengan menggunakan fluent a) Fluida kerja yang mengalir dalam kondisi Incompressible, steady dan uniform flow pada upstream b) Perpindahan panas diabaikan c) Analisa hanya dilakukan pada prisma terpancung dengan perbandingan rusuk (b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12) d) Analisa aliran 2 dimensi e) Kecepatan wind tunnel dianggap konstan, Re = 3 x 10 4

8 Metode Penelitian (Eksperimental) Prisma terpancung dengan Perbandingan Rusuk b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 a b w Wall pressure tap Perbandingan Rusuk (b/a) : 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 Pressure Tap : 71 buah Panjang Prisma (L) : 240 mm Lebar Prisma (W) : 600 mm 12/12 w L ρ, V, P 5/12 4/12 3/12 2/12 1/12 0/12 Skema penelitian a b C P = f (b/a) atau C p =f (α) C D = f (b/a) atau C D =f (α) Re = 3.0 x 10 4 L

9 Metode Penelitian (Eksperimental) Alat Ukur Tekanan Inclined Manometer 15 Visualisasi Aliran Metode Oil Picture Flow pada Re = 3 x 10 4 mengoleskan campuran dengan perbandingan volume konstan Pitot Static Tube Acid oleic : titanium powder : thinner A : silicon oil = ( 4 : 1 : 1 : 1)

10 Metode Penelitian (Numerik) Metode Penelitian (Numerik) Pemodelan dengan Software Gambit Running Simulasi dengan Software Fluent Post Processing Model, Turbulen (k-epsilon) Material, air dengan ρ dan μ tertentu Operating Conditions Boundary Conditions, meliputi wall roughness dan inlet velocity Solution, Second Order Initialize Monitor Residual, penentuan kriteria konvergen, 10-6 Iterasi Display Contour, Velocity, dan Pressure

11 Domain Domain Simulasi Numerik Simulasi Numerik Inlet (VELOCITY INLET) Dinding Atas (WALL) 12a y L a x b Prisma (WALL) 12a Outlet (OUTFLOW) Dinding Bawah (WALL) 8a 40a

12 mulai mulai Flowchart Penelitian dan Numerik Flowchart Penelitian & Numerik Studi pustaka Perumusan masalah eksperimen Pemodelan aliran dalam wind tunnel dengan variasi b/a Pengambilan data (U,Ps,Po,velocity profile) Visualisasi dengan oil flow picture Pembahasan dan kesimpulan seles ai Persiapan bahan uji dan peralatan uji Analisa data numerik Pemodelan grid dengan Gambit Pemodelan dengan fluent Post Processing Pemodelan benda uji dan test section Meshing serta kondisi batas Running Software Fluent Memasukkan batas operasi, meliputi : Models, karakteristik turbulen Materials, udara dengan ρ dan µ tertentu Operating conditions Boundary conditions, inlet, wall dan outlet Solution, Second order Initialize Monitor residual, kriteria konvergensi Iterasi Konvergen Y Post Processing, tampilan pressure dan velocity end N

13 Hasil Penelitian Cp Cp 12/12 Cp 2/12 Cp 0/12 Cp1/12 Cp 3/12 Cp 4/12 Cp 5/12 Posisi dalam sudut, θ (degree) Semakin besar b/a, distribusi tekanan akan semakin besar dan separasi bubble yang terbentuk semakin kecil. Terjadi separasi bubble pada prisma terpancung dengan b/a = 12/12 mulai dari leading edge. Sedangkan pada 5/12 hingga 0/12, tidak terbentuk separasi bubble. Semakin besar b/a maka wake yang terbentuk akan semakin sempit sehingga defisit momentum akan lebih kecil.

14 Hasil Penelitian Hasil penelitian 12/12 5/12 4/12 3/12 2/12 1/12 0/12 Semakin kecil perbandingan b/a, separasi bubble yang terbentuk semakin besar, namun terbentuk hanya pada variasi b/a 12/12,5/12 dan 4/12. Sedangkan pada variasi 3/12 hingga 0/12, belum terbentuk bubble.

15 Hasil Penelitian Hasil Penelitian Semakin besar nilai b/a maka koefisien total drag akan semakin menurun. Didapatkan trend yang sama untuk grafik CDT dan nilai koefisein total Drag yang relatif sama antara hasil eksperimen dan numerik.

16 Hasil Penelitian Hasil Penelitian Pada Re = menunjukkan koefisien drag yang lebih kecil bila dibanding dengan penelitian Yuniar, dkk, (2009) yang menggunakan Re = dan juga Penelitian Aminatus, (2010).

17 Hasil Penelitian Hasil Penelitian Shape factor menurun dengan posisi x yang semakin mendekati trailing edge. Hal ini berlaku untuk variasi b/a pada 5/12 dan 12/12. Semakin besar b/a maka nilai shape factor akan semakin kecil. Menunjukkan bentuk velocity profile yang berkembang pada posisi trailing edge prisma. Dari gambar terlihat bahwa bubble hanya terbentuk pada variasi prisma 12/12,5/12 dan 4/12 saja.

18 Kesimpulan Kesimpulan Dari penelitian secara eksperimen, terjadi separasi bubble pada prisma terpancung dengan b/a=12/12. Sedangkan untuk b/a=5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, dan 0/12 tidak ditemukan adanya separasi bubble. Pada penelitian secara numerik, ditemukan adanya separasi bubble pada prisma terpancung dengan b/a= 12/12, 5/12, dan 4/12. Sedangkan untuk prisma terpancung dengan b/a= 3/12, 2/12, 1/12 dan 0/12 tidak ditemukan adanya separasi bubble. Semakin kecil b/a pada prisma terpancung menyebabkan nilai distribusi tekanan (Cp) semakin kecil.

19 Kesimpulan Kesimpulan Pada Prisma terpancung yang dialiri aliran fluida maka akan terjadi defisit momentum. Semakin kecil b/a maka semakin besar pula defisit momentum yang terjadi. Pada grafik Cp dan velocity profile penelitian secara eksperimental dan numerik memiliki tren yang hampir sama, namun memiliki nilai yang sedikit berbeda. Semakin kecil b/a pada prisma terpancung menyebabkan gaya drag yang terjadi semakin besar. Pada Re yang lebih kecil (bila dibandingkan dengan penelitian Yuniar, dkk(2009)) yaitu sebesar , maka gaya drag yang terjadi juga semakin kecil. Harga shape factor pada aliran fluida melintasi prisma terpancung yang mengalami separsi bubble semakin menurun seiring dengan posisi yang mendekati trailing edge.