Studi Eksperimen dan Numerik Pengaruh Sudut Putar

Studi Eksperimen dan Numerik Pengaruh Sudut Putar
Terhadap Gaya Drag dan Lift Pada Berbagai Tingkat Irisan
Silinder Sirkular Tipe-D Tersusun Secara Side by Side
Dengan Variasi Jarak Transversal (T/D)
Nama Mahasiswa :
NRP
:
Jurusan
:
Dosen Pembimbing :
Medis Wuryantoro
2109 105 028
Teknik Mesin FTI – ITS
Ir. Astu Pudjanarsa, MT
ABSTRAK
Benda yang terendam dalam aliran fluida (immersed
bodies) akan mengalami gaya-gaya akibat interaksi permukaan
benda dengan fluida. Gaya-gaya yang timbul akibat interaksi
tersebut barasal dari tegangan normal akibat tekanan dan
tegangan geser karena pengaruh viskositas fluida. Untuk aliran
dua dimensi gaya-gaya itu dibedakan menurut arahnya, yang
sejajar dengan arah aliran yang disebut gaya drag dan yang
tegak lurus aliran disebut gaya lift. Dalam hal ini akan dilakukan
penelitian untuk mengetahui karakteristik aliran fluida pada
benda uji silinder teriris tipe-D yang tersusun secara side-byside. Penelitian secara numerik menjadi alternatif terkini ditinjau
dari segi efisiensi. Namun, penelitian numerik perlu
dibandingkan dengan penelitian eksperimen sebelum penelitian
numerik digunakan lebih lanjut.
Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dan numerik
untuk mengetahui karaketristik aliran fluida silinder sirkular
teriris tipe-D dengan variasi sudut iris (θs = 35˚, 53˚, 65˚) dan
sudut serang (α = 45˚, 50˚, 55˚) serta variasi jarak antar silinder
relative terhadap diameter (T/D = 1,5; 2,5; 3,5). Pada penelitian
ini digunakan bilangan Reynolds konstan 5,3 x 104. Penelitian
eksperimen digunakan benda uji berupa silinder tipe-D berbahan
pipa PVC dengan diameter (D) = 60 mm, panjang (L) = 600 mm,
pressure tap di pasang pada benda uji (posisi L/2). Pada
vii
penelitian eksperimen dilakukan pengambilan data tekanan
dinamis aliran udara freestream yang diukur dengan
menggunakan pitot static tube. Tekanan dinamis ini digunakan
untuk mendapatkan kecepatan aliran udara freestream yang
selanjutnya kecepatan aliran udara freestream digunakan untuk
menentukan besar bilangan Reynolds. Tekanan statis pada
dinding silinder dan freestream diukur dengan menggunakan
Wall Pressure Tap, selanjutnya digunakan untuk menghitung
besar koefisien tekanan (CP) setelah itu (CP) digunakan untuk
menghitung besar koefisien drag (CD) dan koefisien lift (CL).
Penelitian numerik dilakukan dengan menggunakan software
Fluent 6.3.26 kemudian membandingkan hasilnya.
Dari analisa di dapatkan bahwa untuk jarak (T/D = 1,5
dan 2,5) terjadi fenomena biased flow dimana terjadi perbedaan
lebar wake pada silinder 1 dan silinder 2, berbeda dengan
silinder sirkular susunan side by side dimana wake lebar dan
sempit bisa terjadi pada silinder 1 dan 2 secara bergantian, pada
silinder teriris tipe D susunan side by side wake lebar terjadi
pada silinder 1 dan sempit pada silinder 2 karena pengaruh sudut
pemotongan. Seperti pada sudut iris (θs = 35°) dengan sudut
serang (α = 45˚) dan jarak transversal T/D = 1,5 dimana pada
sisi lower permukaan silinder 1 terjadi separasi massive pada θ =
31,30° dan pada sisi upper permukaan silinder 1 separasi massive
terjadi pada θ = 240°, dan pada silinder 2 separasi pada bagian
lower permukaan silinder terjadi pada θ = 31,3° dan pada sisi
upperside separasi massive terjadi pada θ = 203,48°. Untuk jarak
T/D dekat dan sudut serang sama dimana masih terjadi fenomena
biased flow, semakin besar sudut potong akan semakin
berpengaruh pada aliran di celah dan wake pada silinder 2 di
bawahnya. Trend grafik koefisien tekanan pada eksperimen dan
numerik cenderung sama tapi tidak untuk koefisien drag dan lift,
hal ini dimungkinkan karena adanya perbedaan jumlah titik uji
dengan jumlah grid yang dipakai dalam pemodelan numerik dan
eksperimen berbeda. Selain itu kepekaan alat ukur serta
kesalahan (error) yang terjadi pada saat pengambilan data pada
viii
eksperimen juga menjadi faktor adanya perbedaan Cp, Cd dan Cl
antara hasil eksperimen dan numerik.
Kata Kunci : side-by-side, bilangan Reynolds konstan, biased
flow
ix
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
x