Salam, Nasaruddin (2014) “Hambatan dan Pemisahan Aliran Melalui Tandem Silinder Segitiga dan Persegi. Doctor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Aliran melintasi silinder segitiga dan silinder persegi sering digunakan pada rekayasa struktur dan transportasi. Susunan tandem dua geometri silinder ini sangat jarang diteliti padahal merupakan susunan yang paling efektif untuk mengurangi hambatan. Koefisien tahanan dari susunan silinder segitiga dan silinder persegi dapat diperkecil dengan berbagai cara di antaranya dengan mengubah rasio jarak serta diameternya atau mengubah tandem antara kedua silinder tersebut. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah: (1) untuk menganalisis karakteristik aliran melalui tandem silinder segitiga dan persegi serta berbagai dampak yang ditimbulkan seperti hambatan dan distribusi tekanan. (2) Melakukan analisis terhadap tandem kedua silinder untuk memperoleh nilai optimum koefisien tahanan dan koefisien tekanan aliran. (3) Menganalisis hubungan perilaku aliran di sekitar benda uji dengan hambatan yang ditimbulkan pada kondisi optimum. Penelitian ini dilakukan secara eksperimental dan simulasi numerik dalam 4 (empat) tahapan penelitian yang meliputi: Tahap pertama: melakukan simulasi numerik dengan menggunakan program CFD FLUENT untuk menganalisis karakteristik aliran fluida melalui benda uji pada berbagai perbandingan jarak kedua silinder dengan diameter silinder persegi (L/D), pada beberapa kecepatan aliran luar (U), serta beberapa perbandingan silinder segitiga yang dipasang tandem dengan silinder persegi (d/D). Tahap kedua penelitian adalah, untuk menganalisis pengaruh perubahan variabel tidak berdimensi L/D, d/D dan ReD (bilangan Reynolds) terhadap hambatan aliran yakni gaya tahanan (CD) dan koefisien tekanan (CP). Tahap ketiga adalah, penelitian untuk menganalisis korelasi distribusi tekanan dan koefisien tekanan aliran terhadap perubahan variabel tidak berdimensi L/D, d/D dan ReD. Tahap keempat penelitian adalah, untuk menganalisis hubungan perilaku aliran seperti pemisahan aliran, tebal lapisan batas dan vorteks pada perubahan L/D, d/D dan ReD terhadap hambatan aliran. Perubahan variabel tersebut di atas, diuji pada beberapa tingkat kecepatan udara. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karakteristik visualisasi aliran dengan metode eksperimen, polanya sama dengan visualisasi aliran dengan metode simulasi numerik CFD. Kedua metode ini mempertegas atau membuktikan penyebab terjadi perubahan nilai CD dan Cp, bila variabel d/D, L/D dan ReD berubah. Tandem antara silinder segitiga dan silinder persegi menunjukkan bahwa, semakin besar jarak antara kedua silinder maka semakin besar pula koefisien tahanan, koefisien tekanan dan tebal lapisan batas yang dihasilkan, namun pada jarak L/D = 1,0 diperoleh nilai koefisien tahanan, koefisien tekanan dan tebal lapisan batas terkecil. Tandem silinder segitiga dengan silinder persegi pada jarak L/D = 1,0 dan d/D = 0,5 menunda terjadinya pemisahan aliran mendekati sisi hilir silinder persegi dan menghasilkan tebal lapisan batas terkecil, sehingga menyebabkan penurunan hambatan aliran terbesar. Penempatan silinder segitiga di depan silinder persegi, mengakibatkan penurunan hambatan pada silinder persegi sebesar 49 %, yaitu ditandai dengan penurunan koefisien tahanan dari CD = 2,10 untuk silinder persegi tunggal, menjadi CD = 1,0681 bila ditandem dengan silinder segitiga. Sedangkan penurunan hambatan terbesar untuk semua tingkat ReD, terjadi bila tandem silinder segitiga dan silinder persegi pada L/D = 1,0 dan d/D = 0,5. Pola distribusi tekanan atau koefisien tekanan mendekati sama untuk setiap perubahan U atau ReD dan L/D, namun demikian nilai koefisien tekanan akan berubah bila ReD dan L/D berubah. Pola distribusi tekanan sangat bergantung pada bentuk benda (apakah silinder segitiga atau silinder segiempat), sedangkan perubahan jarak kedua silinder atau perbandingan jarak kedua silinder dengan diameter silinder utama hanya mempengaruhi nilai besar kecilnya koefisien tekanan. Koefisien tekanan aliran dominan bernilai negatif pada sisi depan silinder persegi, membuktikan bahwa penempatan silinder segitiga di depan silinder persegi sangat efektif menurunkan hambatan aliran pada silinder persegi.
English Abstract
Flow across triangle cylinder and square cylinder structure often used in the engineered of structure and transportation. Tandem arrangement of two cylindrical geometry is very rarely observed whereas an arrangement is the most effective way to reduce drag. Drag coefficient of a triangular arrangement of cylinders and a square cylinder can be reduced in various ways including by changing the ratio of distance and diameter or change the tandem between the two cylinders. Therefore, the goal of this research are: (1) to analyze the flow characteristics through tandem triangle cylinder with a square cylinder and the implications such as drag and pressure distribution. (2) analyze of the tandem of the two cylinders to obtain the optimum value of the drag coefficient and pressure coefficient of flow. (3) analyze the relationship flow behavior around the test specimen with the drag that is evoked in optimum condition. This research was carried out experimentally and numerically simulated in 4 (four) stages of research include: first stage: perform numerical simulation using FLUENT CFD program to analyze the characteristics of fluid flow through the test object at various comparison distance both cylinders with diameter square cylinder (L/D), in some outer flow velocity (U), as well as some comparisons triangular cylinder one that assembledby tandem with a square cylinder (d/D). Second phase of research is to analyze the effect of changes in dimensionless variables L/D, d/D and ReD (Reynolds number) to the flow drag is drag force (CD) and coefficient of pressure (Cp). The third stage is, research to analyze the correlation of distribution pressure to coefficient pressure flow to changes in dimensionless variables L/D, d/D and ReD. The fourth stage is the research, to analyze the relationship between the flow behavior such as flow separation and vortex on the changes in the L/D, d/D and ReD the flow of drag. Changes in any of these variables, tested at several levels of air velocity. The results showed that the characteristics of the flow visualization experiment method, the flow pattern is similar to the visualization of CFD numerical simulation method. Both of these methods confirm or prove the cause of a change in the value of CD and Cp, if the variable d/D; L/D and ReD changed. Tandem between square cylinder and triangle cylinder indicates that, the greater the distance between the two cylinders, the greater the drag coefficient, pressure coefficient and the resulting boundary layer, but at a distance of L/D = 1.0 was obtained value of the coefficient of drag, and pressure coefficients smallest boundary layer thickness. Tandem cylinders triangle with a square cylinder at a distance of L/D = 1.0 and d/D = 0.5 delay the approaching flow separation down stream side square cylinders and produces the smallest boundary layer, thus causing a decrease of drag in the flow of the biggest. Placement triangle cylinder in front of a square cylinder, resulting in decreased drag on the square cylinder by 49%, which is characterized by a decrease in drag coefficient of CD = 2.10 for the single square cylinder, be CD = 1.0681 when tandem with triangular cylinder. While a decrease the biggest drag for all levels of ReD, occurs when the tandem triangle cylinder and a square cylinder at L/D = 1.0 and d/D = 0.5. The distribution pattern of pressure or pressure coefficient approximately equal to any change U or ReD and L/D, however, the pressure coefficient values will change when ReD and L/D changing. The pattern of the pressure distribution is very dependent on the shape of the object (whether triangle cylinder or square cylinder), while the change in distance between the two cylinders or comparative distance of the two cylinders with a diameter of the main cylinder only affect the size of the coefficient of pressure. Dominant flow pressure coefficient is negative on the front side of the square cylinder, proving that the placement of the triangle cylinder in front of a square cylinder is very effective in lowering drag to the flow of the square cylinder.
| Item Type: | Thesis (Doctor) |
|---|---|
| Identification Number: | DES/532/SAL/h/061402008 |
| Subjects: | 500 Natural sciences and mathematics > 532 Fluid mechanics |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Budi Wahyono Wahyono |
| Date Deposited: | 29 Apr 2014 11:17 |
| Last Modified: | 29 Apr 2014 11:17 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/161012 |
Actions (login required)
 |
View Item |