Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

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 :
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%.

Abstrak :
Berdasarkan laporan United Nations Environment Programme (UNEP, 2011) sektor konstruksi menempati urutan pertama sebagai penyumbang polusi dan emisi gas rumah kaca terbesar di dunia. UNEP juga menyampaikan informasi bahwa sepertiga dari total penggunaan energi dunia dikonsumsi di gedung-gedung. Untuk meredusir penggunaan energi tersebut, diperkenalkan bangunan hijau (green building) yang memiliki konsep Zero Energy/Emission Building (ZEB) sebagai solusi untuk mengurangi efek emisi gas. Fitur utama dari bangunan hijau adalah efisiensi energi dan optimasi pemanfaatan sumber energi baru-terbarukan. Turbin sebagai pembangkit daya merupakan salah satu peralatan utama pada sistem pembangkit energi. Turbin yang digunakan sebagai pembangkit energi pada bangunan hijau dalam studi ini adalah turbin air arus lintang (cross-flow). Penelitian pengembangan model turbulen dinamika aliran pada runner turbin cross-flow bertujuan untuk mendapatkan efisiensi yang terbaik melalui optimasi numerik pada CFD. Model Renormalization Group (RNG) k-e memiliki akurasi numerik lebih baik dari model k-e, akan tetapi membutuhkan waktu numerik yang lebih lama dibanding model k-e. Dinamika aliran pada runner turbin cross-flow memiliki beberapa zona penting, diantaranya daerah blade turbin cross-flow. Optimasi numerik dilakukan dengan modifikasi nilai Prandtl model k-e untuk optimasi waktu dan akurasi numerik. Modifikasi nilai Prandtl model k-e dibandingkan dengan model RNG k-e untuk mendapatkan nilai ok dan oe yang memiliki simpangan rata-rata yang kecil pada parameter fisika dan turbulen. Hasil simulasi dinamika aliran pada tingkat pertama blade turbin air cross-flow dengan perubahan nilai konstanta ok model k-e mendapatkan nilai simpangan rata-rata yang besar dibandingkan model RNG k-e pada parameter fisika; distribusi tekanan dan kecepatan, serta untuk parameter turbulen; energi kinetik turbulen, laju disipasi turbulen, dan viskositas efektif turbulen. Perubahan nilai konstanta oe model k-e mendapatkan nilai simpangan rata-rata yang kecil dibandingkan model RNG k-e pada parameter fisika dan turbulen. Modifikasi model k-e dengan perubahan nilai konstanta oe=0,47 dan ok=1 memiliki simpangan rata-rata pada parameter; tekanan 9%, kecepatan 2%, energi kinetik turbulen 0%, laju disipasi turbulen 4%, dan viskositas efektif turbulen 1%. Nilai konstanta oe=0,47 dan ok=1 direkomendasikan untuk mendapatkan nilai simpangan yang kecil dibandingkan model RNG k-e ......Based on the report "United Nations Environment Program (UNEP, 2011)" the construction sector ranks first as the largest contributor to pollution and greenhouse gas emissions in the world. UNEP also conveyed information that a third of the world's total energy use is consumed in buildings. To reduce energy use, green building was introduced with the concept of Zero Energy/Emission Building (ZEB) as a solution to reduce the effects of gas emissions. The main characteristics of green buildings are energy efficiency and optimization of the use of new and renewable energy sources. Turbine as a power plant is one of the main equipment in the energy generation system. The turbine used for energy generation in the green building in this study is a cross-flow water turbine. Research on the development of turbulent flow dynamics model on a cross-flow turbine runner aims to get the best efficiency through numerical optimization on CFD. The k-ε Renormalization Group (RNG) model has better numerical accuracy than the k-ε model, but requires a longer numerical time than the k-ε model. The flow dynamics of the cross-flow turbine runner has several important zones, including the area of ​​the cross-flow turbine blade. Research on the development of turbulent models on flow dynamics in cross-flow turbine blades is important for numerical optimization. Numerical optimization is done by modifying the Prandtl value of the k-ε model for time optimization and numerical accuracy. Modify the Prandtl value of the k-ε model compared to the RNG k-ε model to get the value and which has a small average deviation of the physical and turbulent parameters. The results of the flow dynamics simulation on the first stage of the cross-flow turbine blade with changes in the constant value of the k-ε model get a large average deviation value compared to the k-ε RNG model on physical parameters; distribution of pressure and velocity, as well as for turbulent parameters; turbulent kinetic energy, turbulent dissipation rate, and turbulent effective viscosity. Changes in the constant value of the k-ε model get a small average deviation value compared to the k-ε RNG model on physical and turbulent parameters. Modification of the k-ε model with changes in the constant values ​​= 0.47 and = 1 has an average deviation of the parameters; 9% pressure, 2% velocity, 0% turbulent kinetic energy, 4% turbulent dissipation rate, and 1% turbulent effective viscosity. Constant values ​​= 0.47 and = 1 are recommended to get a smaller deviation value compared to the k-ε RNG model