Susanto, Varien Janitra Nuralif (2018) Simulasi Numerik Karakeristik Aliran Melintasi Silinder Sirkular dengan Plat Splitter dekat Dinding Miring. Undergraduate thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Preview |
Text
2114100134-Undergraduate_Theses.pdf - Accepted Version Download (69MB) | Preview |
Abstract
Analisis struktural adalah salah satu pekerjaan yang dilakukan dalam proses rekayasa teknik. Interaksi fluida dengan struktur merupakan salah satu pokok analisis dalam analisis struktural. Fluida yang mengalir melintasi suatu struktur akan memberikan gaya pada struktur tersebut. Salah satu contoh kasus interaksi fluida dengan struktur adalah aliran melintasi silinder sirkular. Pipa yang berbentuk silinder sirkular merupakan elemen struktur yang umum ditemukan pada industri. Pada industri perminyakan lepas pantai, pipa umumnya diletakkan dekat dengan dasar laut. Hasil penelitian terdahulu menunjukkan bahwa peletakan pipa yang dekat dengan dasar laut akan memengaruhi karakteristik aliran yang melintasi pipa tersebut. Salah satu karakteristik yang terpengaruh oleh posisi peletakan pipa dekat dasar laut adalah distribusi tekanan. Distribusi tekanan yang berbeda akan menghasilkan beban yang berbeda juga pada pipa. Perbedaan beban ini mengharuskan perlakuan yang berbeda saat melakukan pemasangan pipa didalam laut. Karakteristik aliran lain yang terdapat pada pipa adalah terjadinya vortex shedding pada aliran. Vortex shedding akan memberikan beban dinamis pada pipa yang berpotensi menyebabkan kegagalan struktur. Salah satu upaya untuk meredam vortex shedding adalah dengan memasangkan plat splitter pada pipa. Hasil penelitian terdahulu menunjukkan bahwa pemasangan plat splitter dengan panjang tertentu akan mencegah terjadinya vortex shedding. Selain mencegah terjadinya vortex shedding, plat splitter dapat mereduksi gaya drag yang bekerja pada pipa. Tugas akhir ini dilakukan dengan metode simulasi numerik dua dimensi. Pemodelan turbulensi yang digunakan adalah Shear Stress Transport K-w. Aliran diasumsikan mengalir secara steady dan incompressible dengan bilangan Reynolds 5×104. Domain simulasi yang digunakan berupa silinder sirkular dengan plat splitter yang diletakkan dekat dinding dengan kemiringan tertentu pada besar celah tertentu. Diameter silinder sirkular yang digunakan adalah D = 40 mm. Plat splitter memiliki panjang sebesar D dan tebal sebesar 0,05 D. Dinding yang miring memiliki panjang 10 D dengan posisi silinder sirkular berada di tengah. Inlet memiliki diameter 10 D yang berada pada 12 D dari titik pusat silinder sirkular. Outlet berada pada 48 D dari titik pusat silinder sirkular. Variasi yang dilakukan pada tugas akhir ini adalah kemiringan dinding a pada 0°, 10°, 20° dan rasio besar celah dengan diameter silinder sirkular G/D dari 0,1 hingga 0,5 (setiap 0,1). Data yang diambil pada tugas akhir ini adalah data kualitatif yaitu kontur tekanan dan kecepatan, dan data kuantitatif yaitu distribusi koefisien tekanan Cp, nilai koefisien drag tekanan CDp, nilai koefisien lift tekanan CLp. Hasil yang didapatkan dari simulasi numerik ini adalah bahwa peningkatan G/D dan α umumnya akan menurunkan CDp dan CLp. Pada α = 0° CDp maksimum terletak pada G/D 0,2, sedangkan CLp menurun secara konsisten apabila G/D ditingkatkan. Pada α = 10° CDp maksimum dan CLp minimum terletak pada G/D 0,2. CLp memiliki nilai negatif pada seluruh G/D. CDp menurun dan CLp meningkat pada G/D 0,3. peningkatan G/D > 0,3 akan menghasilkan CDp dan CLp yang konstan. Pada α = 20°, CDp konstan dan memiliki nilai negatif pada G/D ≤ 0,2. Pembesaran G/D > 0,2 menghasilkan CDp yang meningkat secara konsisten dan bernilai positif. Sedangkan CLp minimum terletak pada G/D 0,4. Pada G/D < 0,3. CLp konstan. Peningkatan G/D menuju 0,5 meningkatkan CLp. CLp memiliki nilai negatif pada seluruh G/D. Untuk variasi kemiringan dinding, peningkatan α akan menurunkan CDp, namun CLp memiliki nilai konstan pada α = 10° untuk G/D ≤ 0,3. Pada G/D > 0,3 CLp menurun secara konsisten apabila G/D ditingkatkan. Karakteristik-karakteristik diatas sangat dipengaruhi oleh fenomena blockage dan adverse pressure gradient. Blockage memengaruhi karakteristik aliran dengan membelokkan sebagian besar massa aliran menuju sisi atas dan menciptakan perbedaan tekanan antara sisi atas dengan sisi bawah-depan. Pengaruh blockage menurun apabila G/D ditingkatkan. Sedangkan adverse pressure gradient memengaruhi karakteristik aliran dengan menurunkan momentum aliran upstream sehingga menghasilkan tekanan stagnasi maksimum yang lebih rendah dan meningkatkan rata-rata tekanan pada sisi bawah-belakang silinder sirkular.
============================================================
Structural analysis is one of the most common tasks in an engineering workflow. An example of structural analysis tasks is fluid and structure interaction. Fluid that flows around a structure will apply forces to that particular structure. Flow around circular cylinder is an example of fluid-structure interaction case. Circular cylinder shaped pipes is a structural element that commonly found in industries. Offshore oil companies usually put these pipes near the seabed. Past researches shows that pipe placement near the seabed will influence the flow characteristics around it. One of the influenced flow characteristics is the pressure distribution. Various pressure distribution will result varying resultant forces also, thus pipe placement near the seabed will require different treatment than when placed far away. Another characteristic that influenced is vortex shedding. Vortex shedding applies dynamic loading to the pipe that potentially causes structural failure. Past researches shows that splitter plate with certain length will prevent vortex shedding. Thus splitter plate is used to dampen the vortex shedding. Splitter plate also reduces drag force that applied to the pipe. This final project uses two dimensional numerical simulation method. Turbulence modeling used in this final project is Shear Stress Transport K-w. Flow is assumed to be steady and incompressible with Reynolds number of 5×104. Simulation domain consists of circular cylinder with splitter plate placed near wall with certain inclination and and gap width. The circular cylinder diameter is D = 40 mm. Splitter plate length and with is D and 0.05 D, respectively. Inclined wall has length of 10 D with position of circular cylinder at the center. Inlet has width of 10 D and placed 12 D away from cylinder’s centerline. Outlet is placed 48 D away from cylinder’s centerline. Variation used in this final project is wall inclination a at 0°, 10°, 20° and gap width and cylinder diameter ratio G/D from 0,1 until 0,5 (every 0,1). Data that being measured is qualitative data that consists of pressure and velocity contour, and quantitative data that consists of pressure coefficient distribution (Cp), pressure drag (CDp) and lift (CLp) coefficient. The results of this numerical simulation is that G/D and α increment will usually decrease the CDp and CLp. At α = 0°, maximum CDp located at G/D 0,2, while CLp decreases consistently when G/D is increased. At α = 10° maximum CDp and minimum CLp located at G/D 0,2. CDp decreases and CLp increases at G/D 0,3. Increment of G/D > 0,3 will result constant CDp and CLp. CLp is negative at entire G/D. At α = 20°, CDp is constant and having negative value at G/D < 0,2. Increment of G/D > 0,2 will increase CDp and having positive value. Meanwhile minimum CLp located at G/D 0,2. At G/D < 0,3, CLp is constant. G/D increment to 0,5 will increase CLp. CLp is negative at entire G/D. For inclination variation, α increment will decrease CDp, but CLp has maximum value at α = 10° for G/D < 0,3. For G/D > 0,3 CLp decreases when G/D is increased. Characteristics above is heavily influenced by blockage and adverse pressure gradient phenomenon. Blockage influences flow characteristic by deflecting the mass flow rate to the upper side that creates pressure differences between upper side and lower side. While adverse pressure gradient influences flow characteristic by decreasing upstream flow momentum thus lowers maximum stagnation pressure and increases mean pressure distribution at lower-back side.
| Item Type: | Thesis (Undergraduate) |
|---|---|
| Uncontrolled Keywords: | Silinder Sirkular, Dinding, Splitter, Drag, Lift, Koefisien Tekanan |
| Subjects: | T Technology > TC Hydraulic engineering. Ocean engineering > TC1680 Offshore structures T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ935 Pipe--Fluid dynamics. Tubes--Fluid dynamics T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL521 Aerodynamics, Hypersonic. |
| Divisions: | Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis |
| Depositing User: | Varien Janitra Nuralif Susanto |
| Date Deposited: | 12 Jul 2021 21:41 |
| Last Modified: | 12 Jul 2021 21:41 |
| URI: | http://repository.its.ac.id/id/eprint/55042 |
Actions (login required)
 |
View Item |