Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari aliran turbulen di sekitar turbovoile. Turbovoile adalah silinder yang ditempatkan di atas permukaan kapal untuk menciptakan daya angkat sebagai pengganti layar. Sistem Turbovoile bertujuan untuk mengurangi energi yang dibutuhkan untuk mencapai penghematan besar bahan bakar. Profil turbovoile dirancang dengan bentuk bulat telur dengan menambahkan spoiler di bagian belakang, tujuannya adalah untuk mengetahui mekanisme fisik yang terkait dengan kelahiran turbulensi dan meningkatkan kinerja aerodinamis dengan mengurangi hambatan dengan mengamati koefisien lift dan drag yang dihasilkan. Model turbulen yang digunakan adalah RANS k-ω dan LES Smagorinsky dengan variasi bilangan reynolds 103, 104, 105 dan 5x105. Hasil dari simulasi menyatakan bahwa penambahan spoiler pada bagian belakang silinder dapat meningktkan koefisien angkat dan mereduksi koefisien tarik, sedangkan model "RANS k-ω two scale model" dengan bilangan Reynolds yang tinggi merupakan permodelan 2D yang paling cocok untuk melakukan simulasi ini.

---

This research aims to study the turbulent flow around the Turbovoile. Turbovoile is a cylinder that is placed on the ship surface to create a lift power in place of the screen. Turbovoile system aims to reduce the energy required to achieve greater fuel savings. Turbovoile profile is designed with an oval shape by adding a spoiler on the back, the goal is to determine the physical mechanisms associated with the birth of turbulence and improve aerodynamic performance by reducing bottlenecks by observing the coefficient of lift and drag generated. Turbulence models used are RANS k-ω and LES Smagorinsky with variations of Reynolds numbers 103, 104, 105 and 5x105. The results of the simulation stated that the addition of a spoiler on the back of the cylinder can increase the coefficient of lift and reduce the coefficient of drag, while the model "RANS k-ω two-scale model" with a high Reynolds number 2D modeling is most suitable for this simulating.

Abstrak :

Telah dilakukan penelitian analisis aliran turbulen dengan menggunakan metode  CFD untuk aliran fluida kompleks pada fluidized bed dengan menggunakan beberapa model turbulen yaitu model turbulen standar (STD) k-ε, Re-normalization Group (RNG) k-ε, dan tiga model turbulen k-ε yang telah dimodifikasi. Fluidized bed adalah merupakan komponen pada sistem turbin mikro bioenergi untuk aplikasi zero energy building (ZEB). Tujuan dari simulasi ini adalah untuk memperoleh model turbulen baru yang memberikan hasil simulasi lebih baik, khususnya aliran fluida kompleks. Simulasi CFD dilakukan dengan perangkat lunak CFDSOF(r) menggunakan model geometri grid dua dimensi 100x200.

Dari hasil simulasi menggunakan 2 model turbulen, yaitu STD k-ε, RNG k-ε, kedua model turbulen tersebut ternyata memberikan hasil yang hampir sama dan mendekati hasil eksperimen untuk parameter beda tekanan pada bed. Namun model STD k-ε memberikan hasil yang lebih mendekati hasil eksperimen atau efektif pada kecepatan superficial 0,40 m/s – 0,80 m/s sementara model RNG k-ε lebih efektif pada kecepatan superficial 0,70 m/s – 1,0 m/s. Dari perbandingan terhadap parameter fisik, kedua model memberikan hasil yang hampir sama untuk parameter fraksi volume dan kecepatan partikel, namun memberikan hasil yang berbeda untuk tekanan statik dan kecepatan gas. Untuk parameter turbulensi, yaitu energi kinetik turbulen, laju disipasi turbulen dan viskositas efektif, kedua model memberikan hasil yang berbeda.

Untuk modifikasi nilai Prandtl kinetik pada model turbulen STD k-ε, dimana dilakukan simulasi dengan nilai Prandtl kinetik (Prandtl-k) 0,8; 0,9; dan 1,1; untuk parameter beda tekanan pada bed nilai Prandtl-k 0,9 memberikan hasil yang paling akurat untuk kecepatan superficial 0,40 – 0,70 m/s, sementara nilai 1,1 akurat untuk kecepatan superficial 0,80 – 0,90 m/s. Hasil simulasi untuk parameter laju disipasi menunjukkan bahwa perubahan nilai Prandtl-k merubah pola kontur laju disipasi. Untuk parameter viskositas efektif gas diperoleh hasil bahwa dengan turunnya nilai Prandtl-k menyebabkan turunnya nilai viskositas efektif gas dan sebaliknya. Sedangkan untuk parameter viskositas efektif partikel diperoleh hasil bahwa untuk nilai Prandtl-k = 0,9 hasilnya tidak berbeda secara signifikan dengan model standar pada kecepatan superficial 0,5 m/s. Berbeda dengan nilai Prandtl-k = 1.1 yang diuji pada kecepatan superficial 0,8 m/s, diperoleh hasil bahwa kenaikan bilangan Prandtl-k menjadi 1,1 menaikkan viskositas efektif partikel.

---

Turbulent flow analysis has been carried out using the CFD method for complex fluid flow in fluidized beds using several turbulent models, i.e. standard k-ε (STD), Re-normalization Group k-ε (RNG), and three modified k -ε turbulent models. Fluidized bed is a component of the bioenergy micro turbine system for zero energy building (ZEB) applications. The purpose of this simulation is to obtain a new turbulent model that provides better simulation results, especially for complex fluid flows. CFD simulation is done with CFDSOF (r) software using a 100 x 200 two-dimensional grid geometry model.

From the simulation results using 2 turbulent models, i.e. STD k-ε, RNG k-ε, the two turbulent models turned out to give almost the same results and approached the experimental results for the parameters of the pressure difference on the bed. However the STD k-ε model gives more accurate results at the superficial velocity of 0.40 m/s - 0.80 m/s and the RNG k-ε model is more accurate at superficial velocities of 0.70 m/s - 1.0 m/s. From the comparison of physical parameters, the two models give almost the same results for the volume fraction and particle velocity parameters, but give different results for static pressure and gas velocity. For turbulent parameters, i.e. turbulent kinetic energy, turbulent dissipation rate and effective viscosity, both models give different results.

The results of modification of the kinetic Prandtl value in the turbulent STD k-ε model, where the simulation is performed with a kinetic Prandtl value of 0.8; 0.9; and 1.1; for pressure difference parameters on bed, Prandtl-k = 0.9 gives the most accurate results for superficial velocities of 0.40 - 0.70 m/s, while Prandtl-k = 1.1 is accurate for superficial velocities of 0.80– 0.90 m/s. The simulation results for disipation rate show that the change of kinetic Prandtl change the disipation rate contour. Meanwhile, decreasing the value of kinetic Prandtl will decrease the effective viscosity of gas and vice versa. The contours of particle effective viscosity for Prandtl-k = 0.9 are not different significantly with the standard model measured at superficial velocity of 0.5 m/s. But the different results are found for the Prandtl-k = 1.1 measured at superficial velocity of 0,8 m/s, where the higher Prandtl-k value the higher the particle effective viscosity.

Abstrak :
ABSTRAK
Seiring perkembangan teknologi, metode computational fluids dynamics CFD menjadi topik utama beberapa penelitian di bidang engineering, tidak terkecuali turbin piko hidro. Piko hidro merupakan kategori turbin air dengan daya di bawah 5 kW. Peningkatan keakurasian metode CFD, asumsi-asumsi yang dibangun harus mendekati kondisi sebenarnya.Pada studi turbin piko hidro, asumsi dasar yang banyak mempengaruhi keakuratan hasil simulasi adalah pemodelan turbulen. Namun, belum ada studi baku yang menjelaskan secara rinci karakteristik dan model turbulen yang dianggap cocok digunakan ditiap jenis turbin piko hidro. Studi ini bertujuan menjelaskan karakteristik aliran yang terjadi pada saluran turbin piko hidro, energi kinetik turbulen, laju disipasi dan spektrum energi turbulen serta model turbulen yang dianggap dapat merepresentasikan kondisi sebenarnya aliran yang terjadi ditiap jenis turbin piko hidro. Untuk mencapai tujuan studi, ada beberapa metode yang digunakan, yaitu: asymptotic invariance analisis bilangan Reynolds , local invariance karakterisasi aliran yang terjadi , analitikal dan studi literatur.Hasil analisis nondimensional bilangan Reynolds pada saluran turbin piko hidro dengan daya 1 kiloWatt didapatkan sebesar 420,972 yang terindikasi aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Karakteristik aliran pada saluran turbin piko hidro adalah steady stabil dan non-uniform tidak seragam , aliran yang memiliki karakter tidak seragam merupakan aliran turbulen. Selanjutnya, pembuktian aliran turbulen dilakukan dengan perhitungan secara teoritis dibantukan dengan software Matlab, nilai spektrum energi turbulen maksimum adalah sebesar 7.57 x 10-13 m3/s2. Hasil studi literatur, pertimbangan error hasil penelitian dan eksperimental, analisis berdasarkan keunggulan dan kekurangan tiap-tiap model turbulen dan kebutuhan daya komputasi serta analisis aliran yang terjadi, didapatkan ada empat model turbulen RANS yang cocok digunakan ditiap jenis turbin piko hidro, yaitu: model turbulen SST k-? cocok digunakan untuk analisis CFD pada turbin Propeller, Pelton, Turgo, dan Archimedes, model turbulen RNG k-? cocok digunakan pada turbin Cross-flow dan Undershot, model turbulen k-? cocok digunakan pada turbin Overshot dan Breastshot.Pembuktian kajian dilakukan dengan uji unjuk kerja turbin Pelton baik secara eksperimental maupun simulasi. Hasil eksperimental menunjukan untuk model turbulen RNG k-? didapatkan error terhadap eksperimen sebesar 10.7-19.24 , sedangkan untuk model turbulen SST k-? error hasil komputasi terhadap eksperimen adalah sebesar 4.8 jauh lebih kecil dibandingkan model RNG k-?.

---

ABSTRACT
Computational fluids dynamics CFD becomes one of the main topics of most researches in fluid engineering, not to mention the Pico hydro turbine. Pico Hydro Turbines are a hydro power plant with a maximum power output of 5 kilo Watts. To increase the accuracy of the CFD result, the assumptions built must be as close as possible to the actual conditions.In the study of pico hydro turbines, the underlying assumptions that influence the accuracy of the simulation results are turbulence modeling. However, there is no standard study that explains in detail the characteristics and of the turbulence models that are considered suitable for use in all types of pico hydro turbine. This study aims to explain the flow characteristics that occur in the pico hydro turbine channel, turbulent kinetic energy, dissipation rate and turbulent energy spectrum as well as turbulent models that are considered to represent the actual flow conditions that occur in each type of turbine hydro turbine. To achieve the objectives of the study, there are several methods used, namely asymptotic invariance Reynolds number analysis , local invariance, analytical and literature study.Result of non benchmark analysis of Reynolds number in channel pico hydro turbine with power of 1 kiloWatt obtained value of approximately 420,972 indicated that the flow that happened was a turbulent flow. The flow characteristics of the pico hydro turbine channel are a steady flow and non uniform, a flow which is non uniform in character is considered a turbulent flow. Furthermore, the proof of turbulent flow is calculated theoretically coupled with matlab software, the maximum turbulent energy spectrum value is 7.57 x 10 13 m3 s2. The results of literature study, the consideration of experimental and experimental error, analysis based on the advantages and disadvantages of each turbulent model and computing power requirements and flow analysis, there are four RANS turbulent models suitable for each type of turbine pico hydro turbine, namely turbulent model SST k is suitable for CFD analysis on turbine propellers, Pelton, Turgo, and Archimedes, k RNG turbulent models suitable for cross flow and undershot turbines, k turbulent models suitable for overshot and undershot turbines.The proof of the study was conducted by Pelton turbine performance test both experimentally and simulated. The experimental results show for the turbulent model RNG k obtained error to the experiment of 10.7 19.24 , while for turbulent model SST k error computation result to experiment is equal to 4.8 much smaller than k RNG model.

Abstrak :
Riset ini bertujuan untuk mendapatkan konstanta parameter model turbulen k-ε Standar yang optimum (akurat dan efisien) dalam aliran kompresibel fasa tunggal confined jet tanpa perubahan fasa, Model turbulen yang dianalisa adalah k-ε Standar, RNG, dan RSM sebagai model persamaan transport Navier-Stokes yang direratakan (RANS). Struktur aliran dalam confined jet dipengaruhi oleh geometri dan potensial tekanan fluida. Kajian dilakukan menurut tahapan studi komparasi pemodelan aliran internal jet berselubung (confined jet), studi parametris model turbulen aliran kompresibel tunggal fasa confined jet, dan studi optimasi model turbulen k-e Standar. Penelitian ini dilakukan melalui tahapan metode langkah pemodelan turbulen untuk aliran kompresibel nosel konvergen-divergen dan jet-ejector udara, menguji hasil pemodelan dengan hasil pengamatan data primer maupun data sekunder penelitian serumpun untuk memperoleh hasil verifikasi, kemudian menganalisa parameter turbulensi dalam model persamaan k-e Standar guna memperoleh hasil prediksi yang lebih baik. Model turbulensi k-e Standar termodifikasi telah divalidasi dengan hasil eksperimental nosel konvergen-divergen uap (Athab M.H., Al-Taie A., Mashi H.W.(2016)), dan telah memberikan kecocokan hasil yang cukup baik. Fenomena fisis dinamika aliran kompresibel pada simulasi jet ejector udara 3 mm sudah memberikan verifikasi yang baik dengan hasil eksperimen dan hasil komparasi studi ejector supersonik (Al.Nuaimi A.,Worall M., Riffat S., (2019)) menunjukkan kemiripan karakteristik rasio penghisapan terhadap tekanan fluida primer udara. Berdasarkan hasil yang diperoleh juga diketahui bahwa model optimum k-e Standar dipengaruhi oleh parameter sensitif suku difusi dan disipasi konstanta nilai cµ, c1e, dan c2e. Untuk prediksi energi kinetik turbulen dan laju disipasi yang optimum dengan model rujukan RSM didapatkan kedua harga parameter tersebut memilki fungsi proposional positif pada konstanta cµ, namun proporsi berlawanan dengan harga konstanta c2e dan c1e. Konstanta optimum model k-є Standar yang diperoleh adalah yaitu pada cµ = 0.05, c1є = 1.48, dan c2є = 1.88 (atau berada di rentang 0,04 atas untuk c1e dan bawah untuk cµ dan c2e dari harga bawaan) . Dalam harga rentang tersebut error yang terjadi berturut-turut untuk k dan є sebesar -8,88% dan -17,44%. ......The objective of this research is to find the optimal turbulence model of k-e Standard (cµ, c1e, and c2e) with a better result for predicting compressible fluid dynamics in a confined-jet. Turbulence field in a jet flow plays an important role in influencing the performance of momentum transfer process at shear layer in nozzle application for momentum source and mixing process as well. In this research some activities respectively has been conducted from preliminary turbulence modeling for compressible flow in convergent-divergent nozzle and air jet ejector, verification and validation on modeling results by comparing with experimental primary data and also by other secondary data, and next continuing with turbulence parameters analysis in Standard k-e model to obtain the better accuracy. The preliminary studies in turbulence modeling presented the modified Standard k-ε of Converging-Diverging Nozzle has given the good agreement with Athab M.H., Al-Taie A., Mashi H.W.(2016) for Mach number at some pressure ratio. The turbulence modeling of 3 mm air jet-ejector also resulted the similar trend of the relation between entrainment ratio and motive fluid pressure with the work done by Al.Nuaimi A., Worall M., Riffat S., (2019). The results showed that the sensitive parameters in Standard k-e model dissipation and diffusion terms, cµ, c1e and c2e, strongly affected the optimum value of turbulent kinetic energy (k) and dissipation rate (e), compared with the reference model. For a better results of k and e, could be obtained by changing the c2e into positively proportional, but the cµ and c1e must be changed with opposite proportionality. And the optimum Standard k-e model fot air-jet ejector with 3 mm nozzle diameter have the values of cµ is 0.05; c1e is 1.48; and c2e is 1.88 with the error values for k is -8.88% and e is -17.44%.