Studi Numerik Prediksi Penurunan Performa Kerja Hidrofoil Akibat Kekasaran Homogen

Aisyah, Imaniar Fitri (2024) Studi Numerik Prediksi Penurunan Performa Kerja Hidrofoil Akibat Kekasaran Homogen. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007221003-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (9MB) | Request a copy

Abstract

Pemasangan perangkat berupa sistem foil ke kapal katamaran atau biasa disebut Hydrofoil Supported Catamaran (HYSUCAT) dapat secara efektif mengurangi sarat kapal dengan memanfaatkan lift dari foil, sehingga dapat mengurangi hambatan pada kapal. Namun, bagian lambung kapal yang terendam terus menerus akan rentan terhadap biofouling. Dengan adanya pertumbuhan biofouling, permukaan lambung akan menjadi kasar yang berakibat pada penurunan performa dari sebuah sistem karena peningkatan hambatan gesek. Dari sini dapat disimpulkan bahwa peningkatan hambatan gesek dapat menyebabkan kenaikan jumlah bahan bakar yang digunakan serta emisi karbon. Dalam penelitian ini, pengaruh kekasaran terhadap performa kerja suatu foil akan dipelajari dengan menggunakan metode simulasi numerik 3D-steady flow berbasis Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) dengan model turbulensi k - ω SST. Nilai ketinggian kekasaran (ks) yang dipilih mewakili kekasaran lambung kapal secara umum, masing-masing bervariasi dari 81.25, 325.00, dan 568.75 dalam µm. Permodelan kekasaran pada simulasi menggunakan modified wall function serta kekasaran butiran pasir homogen yang seragam di seluruh permukaan hidrofoil. Untuk mendapatkan hasil yang dapat diandalkan mengenai efek kekasaran, pengujian dilakukan dengan variasi kecepatan (Rex = 1 hingga 5 × 106). Efek kekasaran diketahui menimbulkan penurunan performa yang sangat signifikan pada hidrofoil hingga mencapai 19% untuk kekasaran yang paling tinggi (ks = 568.75 μm) pada Rex = 3.72 × 106 dan di sudut serang 0°. Pada permukaan kasar, wake yang terbentuk cukup besar secara kualitatif yang mengakibatkan pemulihan kecepatan dan momentum di belakang hidrofoil lebih sulit dan membutuhkan jarak yang lebih jauh. Untuk mengatasinya, dilakukan peningkatan kecepatan. Hal ini bertujuan untuk penundaan titik separasi aliran sehingga wake yang merugikan tidak akan terlalu besar dan nilai CD menurun. Luasan efektif yang terkena tekanan juga lebih besar yang akan meningkatkan CL. Sehingga, dengan adanya variasi peningkatan Rex, performa hydrofoil akan lebih baik meskipun pada permukaan yang kasar nilainya lebih rendah daripada permukaan halus.

Kata kunci: CFD, drag, hydrofoil, lift, surface roughness

========================================================
By installing a hydrofoil system, also known as a Hydrofoil Supported Catamaran (HYSUCAT), the draft of a catamaran can be significantly reduced. This is achieved by harnessing the lift generated by the foil, resulting in a decrease in resistance experienced by the ship. Nevertheless, the section of the ship's constantly underwater hull will be prone to biofouling. As biofouling increases, the hull's surface will become rough, leading to a loss in system performance due to higher frictional resistance. Therefore, heightened frictional resistance leads to a rise in fuel consumption and carbon emissions. This study aims to investigate the impact of roughness on the work performance of a foil. The investigation will be conducted using a 3D-steady flow numerical simulation method based on Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) with the k - ω SST turbulence model. The chosen value for roughness height (ks) defines the overall roughness of the ship's hull, with options of 81.25, 325.00, and 568.75 µm. The simulation incorporates a modified wall function and a uniform homogeneous sand grain roughness throughout the surface of the hydrofoil for roughness modelling. In order to acquire precise conclusions on the impact of roughness, simulations were conducted with different velocity changes (Rex = 1 to 5 × 106). Roughness has a substantial impact on the hydrofoil's performance, resulting in a considerable loss of up to 19% at the highest roughness (ks = 568.75 μm) for Rex = 3.72 × 106 and an angle of attack of 0°. On rough case, the wake generated is more substantial, making it more challenging to recover velocity and momentum behind the hydrofoil, necessitating a greater distance for recovery. To address this issue, a boost in velocity is implemented. The objective is to postpone the point at which flow separation occurs, to prevent the formation of a big harmful wake and reduce the CD value. The expanded surface area impacted by pressure is also greater, resulting in an increase in CL. Therefore, if the Rex increases, the hydrofoil's performance will improve, even though the value is lower on a rough surface compared to a smooth one.

Keywords: CFD, drag, hydrofoil, lift, surface roughness

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	CFD, drag, hydrofoil, lift, surface roughness
Subjects:	Q Science > QC Physics > QC151 Fluid dynamics
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Imaniar Fitri Aisyah
Date Deposited:	05 Aug 2024 06:57
Last Modified:	05 Aug 2024 06:57
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/112438

Actions (login required)

View Item