STUDI NUMERIK PENGARUH GEOMETRI DAN DESAIN DIFFUSER UNTUK PENINGKATAN KINERJA DAWT (DIFFUSER AUGMENTED WIND TURBINE) Adhana Tito 2411106007 Dosen Pembimbing : Dr.Gunawan Nugroho, S.T,M.T. NIPN. 1977 11272002 121002 Ruri Agung Wahyuono, S.T, M.T.
Latar Belakang Sumber energi Angin daerah Indonesia memiliki profil kecepatan angin berkisar maksimum 5 m/s (suharta,2007) Salah satu upaya nya merekayasa pada bentuk dan desain geometri selubung diffuser (Kosasih, 2012) Penelitian sebelumnya
Penelitian Ohya,2008 Eksperimen geometri dasar nozzle, diffuser, silindris Variasi h/d flange : 0,25 Sudut bukaan : 4 0
Penelitian chaker, 2012 Open angle maks 10~12 0 Flange
Kecepatan angin rendah Rumusan Masalah Rekayasa Kecepatan Agar kecepatan lokal menuju rotor lebih tinggi Variasi geometri diffuser Flange datar + kecepatan aliran +karakteristik aliran Profil koef. Tekanan statik DAWT DAWT Variasi sudut flange
Profil Tekanan Profil Kecepatan Difffuser Kinerja Aerodinamika aliran Dipengaruhi oleh Prediksi Tip loss di ujung keluaran difffuser
Tujuan Analisa simulasi pengaruh geometri variasi sudut flange datar terhadap peningkatan profil kecepatan & tekanan statik dalam diffuser sehingga berpengaruh terhadap kinerja diffuser pada DAWT.
Batasan Masalah variasi geometri diffuser secara teknis mencakup geometri selubung diffuser kosong. Asumsi Keadaan simulasi, steady, Inkompresibel dan searah (Uniform). Asumsi kecepatan aliran freestream 5 m/s. www.themegallery.com
HAWT (Horizontal axis wind turbin) Tinjauan Pustaka Selubung diffuser DAWT Diffuser Augmented Wind Turbine Geometri dasar diffuser D(diameter) L(panjang) Φ(sudut ekspansi) H (tiinggi flange) Bentuk arah aliran udara pada selubung diffuser dengan flange pada tepi ujung keluaran (Abe, 2004) www.themegallery.com
Re: Bilangan Reynolds ρ : Densitas (kg/m 3 ) U ω : Kecepatan aliran freestream (m/s) µ : viskositas dinamis (kg/(m.s)) D : Diameter hidrolik (m) Bilangan Reynolds U D Re 1.36 10 5 Tekanan statik Cp P P 1 2 ( U 2 ) 1 1 2 1 1 2 p z 1 gh1 U1 p2 gh2 U 2 2 2 2 2 Pt
Metodologi penelitian Mulai Menggambar desain model Geometri dasar L/D =7,7 dari penelitian Ohya, 2008 pada program CAD Pendefinisian kondisi batas, continum, dan Mesh geometri Memenuhi toleransi Mesh baik? Mesh baik? Simulasi dengan kondisi Bilangan Re perhitungan dan Turbulence intensity yang telah dihitung Membandingkan tren plot data grafik peningkatan kecepatan (U/U ) & koef. tekanan statik (Cp) terhadap posisi X/L dengan penelitian Ohya A Variasi geometri,tambahan flange serta variasi sudut flange awal 0 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 0 simulasi Data kontur kecepatan, kontur streamline, arah vektor kecepatan, data kecepatan & tekanan statik Analisa data, pengaruh adanya wake di belakang flange dan tip vorteks yang dihasilkan terhadap kinerja diffuser turbin angin tren grafik U/U & tekanan statik sama? A Menyusun laporan Tugas Akhir Selesai
Tahap simulasi CFD Pre-Processing Solving CFD Post-Processing
Geometri irisan diffuser variasi objek penelitian Geometri diffuser dasar penampang 2 dimensi Spesifikasi Panjang Diameter Dimensi/Ukuran 308 cm 40cm Rasio Panjang-Diameter 7,7 Ketebalan Ukuran tinggi flange 4 cm 10 cm Skala 1:1 Sudut ekspansi /open angle 4 0
Velocity inlet Penentuan Kondisi Batas &domain komputasi Wall Hasil sampel Mesh No. Nama Kondisi Batas Dimens Tipe Kondisi batas i 1 Inlet 800 cm Velocity Inlet 2 Outlet 800 cm Outflow 3 Diffuser D= 40cm l= 308cm Wall 4 Sisi atas-bawah 848 cm Wall
Tahap solving Viscous Model Energy Equation K-ω sst (Shear stress Transport) Model Geometri (2ddp)2 dimensi, Double Precission Material Property Keadaan Batas Iterasi Maksimum Velocity Magnitude Turbulence Kriteria Iterasi Konvergensi Fluid: Air (Udara) Solid :Aluminum Steady 1000 5 m/s Specification Method: Intensity and Length scale Turbulent intensity : 3,65% Turbulent length scale: 0,56 Continuity 0,001 x-velocity 0,001 y-velocity 0,001 energy 10-6 k 0,001 omega (ω) 0,001
Verifikasi Simulasi smoke-wire Eksperimen Ohyas Kontur Intensitas Turbulensi Kontur Stream Line Kecepatan www.themegallery.com
Verifikasi Simulasi Grafik Profil distribusi Peningkatan kecepatan Grafik Profil distribusi Koefisien Tekanan statik Experiment
Kontur Kecepatan Diffuser Ohya Diffuser flange 0 0 Diffuser flange 75 0 Diffuser flange 15 0 Diffuser flange 45 0 Diffuser flange 90 0 Diffuser flange 30 0 Diffuser flange 60 0
Vektor Kecepatan Kontur Vektor kecepatan Diffuser Ohya Diffuser flange 30 0 Diffuser flange 75 0 Diffuser flange 0 0 Diffuser flange 45 0 Diffuser flange 90 0 Diffuser flange 15 0 Diffuser flange 60 0
Kontur streamline Kecepatan Diffuser flange 0 0 Diffuser flange 45 0 Diffuser flange 90 0 Diffuser flange 15 0 Diffuser flange 60 0 Diffuser flange 30 0 Diffuser flange 75 0
Data Grafik perbandingan Profil kecepatan variasi sudut flange Grafik perbandingan distribusi profil peningkatan kecepatan Selisih nilai kecil antar variasi profil kecepatan relatif
Grafik Profil Koefisien Tekanan statik Grafik perbandingan distribusiprofil koefisien tekanan statik
Analisa U/U Nilai Cp Diffuser Ohya 1,74 flange 0 0 1,96 kali (96%) (9.82 m/s) Flange 0 0 Cp= -2.85
Kesimpulan nilai dari tren grafik profil peningkatan kecepatan relatif nilai maksimum diraih pada variasi flange 0 0 1,964 kali U atau meningkat 96 % ( 9,82 m/s). simulasi diffuser Ohya yang tanpa flange hanya mampu meningkatkan profil kecepatan angin sebesar 1,74 kali U atau 74% Parameter Cp (koef. Tekanan statik) sebagai kinerja diffuser Flange menyebabkan munculnya vorteks, membuat efek menghisap kecepatan aliran interior meningkat Karakteristik vektor kecepatan belakang flange mengurangi tip losses diffuser konsentrator
www.themegallery.com Terima Kasih