Upload
trinhphuc
View
229
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR oleh : Taufik Ahmad Dahlan 4109 100 060
ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ELLIPTICAL BULB TERHADAP HAMBATAN VISKOS DAN GELOMBANG PADA KAPAL MONOHULL DENGAN PENDEKATAN CFD
JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
Content
PENDAHULUAN
HASIL DAN
PEMBAHASAN
KESIMPULAN DAN
SARAN
METODOLOGI
PENELITIAN
SIMULASI CFD
• Efisiensi Desain
• Hambatan Kapal
• Bulbous Bow
Title and Content Layout with Chart Latar Belakang
• Berapakah besar nilai hambatan viskos dan gelombang pada kapal monohull dengan dan tanpa bulbous bow?
• Bagaimana pengaruh variasi elliptical bulbous bow terhadap nilai hambatan viskos dan hambatan gelombang?
• Bagaimana hasil perbandingan nilai hambatan antara metode CFD dengan eksperimen uji tarik pada penelitian sebelumnya?
Rumusan Masalah
• Mendapatkan nilai hambatan viskos dan gelombang pada kapal monohull akibat penambahan bulbous bow tipe elliptical.
• Mendapatkan konfigurasi ukuran model bulbous bow yang optimal terhadap pengurangan hambatan kapal monohull.
• Membandingkan nilai hambatan model kapal monohull dari hasil pengujian antara hasil CFD Ansys-FLUENT dengan hasil eksperimen.
Tujuan
• Model kapal monohull dan data validasi menggunakan penelitian yang telah dilakukan oleh Murdijanto, Utama, Jamaluddin (2011)
• Jenis bulbous bow yang digunakan adalah Elliptical Bulb.
• Terdapat dua variasi panjang bulbous bow, yaitu 2%Lwl dan 4%Lwl.
• Variasi kecepatan yaitu 5,71; 6,08; 7,25; 8,13; 8,94; 9,28 knots.
• Semua perhitungan dilakukan dengan menggunakan bantuan software Ansys-CFD FLUENT.
Batasan Masalah
Studi Literatur awal • Bentuk-bentuk bulbous bow
• Pengaruh penggunaan bulbous bow
• Operational Software CFD • Perhitungan Hambatan • Analisa Hambatan • Konsep pengolahan data hasil penelitian sebelumnya oleh (Murdijanto, Utama,
Jamaluddin, 2011)
Pengidentifikasian Masalah Apa pengaruh penambahan elliptical bulb pada
model kapal monohull dari segi hambatan
viskos dan gelombang
Mulai
Metodologi Penelitian
Pengolahan Data Menyusun data yang diperoleh untuk dapat diolah sesuai dengan studi literature yang digunakan . Data
particular kapal monohull yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
Pemodelan
Pemodelan geometri lambung kapal dengan penambahan bulbous
bow dengan batasan nilai displacement yang sama tiap model
kapal. Pemodelan dilakukan dengan maxsurf dan di exsport ke
ICEM CFD untuk proses meshing
Grid Independence
Grid independence dilakukan pada kapal monohull tanpa bulbous bow
dengan simulasi 1 fluida (full viskos) dan simulasi 2 fluida (free surface)
Lwl (m) B (m) D(m) H(m) Cb Vol.Displ (m3)
13.8 2.4 0.65 1.26 0.533 11.48
Metodologi Penelitian
Analisis Data
Membandingkan hasil perhitungan hambatan lambung kapal
monohull dari perhitungan Ansys-CFD FLUENT dengan hasil
eksperimental yang telah dilakukan sebelumnya oleh
(Murdijanto, Utama, Jamaluddin (2011) )
Kesimpulan dan Saran
Menarik kesimpulan atas penelitian ini dengan menentukan optimasi
model bulbous bow terbaik dengan acuan pengurangan hambatan
Pembuatan Laporan
Akhir
Perhitungan
Menghitung hambatan viskos dan hambatan gelombang kapal monohull
dengan bantuan software Ansys-CFD FLUENT untuk setiap model dengan
konfigurasi model yaitu NBB ; 2%Lwl; 4%Lwl dan variasi kecepatan (5.71
knot; 6.08 knot; 7.25 knot; 8.13 knot, 8.94 knot dan 9.28 knot )
Metodologi Penelitian
Studi Literatur
RV RW RT
CV CW CT
Rumus Umum Hambatan :
R = 1
2 ρ Vs2 S C
Dimana :
ρ = Massa Jenis Air (Kg/m3)
Vs = Kecepatan kapal (m/s)
S = Luas Permukaan Basah (m2)
C = Koefisien Hambatan
Pemodelan Kapal GENERAL DATA KAPAL MONOHULL
Length Of Waterline 13.8 (m)
Length between perpendiculars 13.5 (m)
Beam on waterline 2.4 (m)
Draft to Baseline 0.65 (m)
Draft on Maxsurf 0.58 (m)
Displaced volume 11.51 (m3)
Cross-sect.area above 5 (m2)
Design speed 9.5 (Knots)
Roughness allowance 0
Mass density of water 1025 (Kg/m3)
Temperature of water 30 (centigrades)
Displaced volume in maxsurf 11.484 (m3)
Displacement 11.771 ton
WSA 33.858 m2
Modifikasi Bulbous bow pada software Maxsurf Pro.
Export ke dalam format IGES.
Import file IGES pada ICEM CFD
Pemodelan Kapal
NBB
•Monohull No Bulb
•Draft = 0.65 m
BB2
•Variasi 1 (2%Lwl)
•Draft = 0.646 m
BB4
•Variasi 2 (4%Lwl)
•Draft = 0.644 m
Import Geometry
Titik ( Vertex )
Garis (Edge)
Bidang (Face)
Boundary Condition
Ship (wall solid)
Inlet
Outlet
Wall
Fluida
Meshing
Global mesh setup
Part mesh setup
Compute mesh
mesh type : tetra/mixed
Export ke .msh
Export model kapal tanpa bulb
Export model kapal dengan
penambahan bulb
Langkah
pembuatan model
Langkah Pemodelan ICEM
Visualisasi Meshing
Simulasi 2 Fluida
Simulasi 1 Fluida
Model
Simulasi CFD 1 Fluida Mesh Info
Total Element : 1527102
Jumlah Node : 271623
Mesh Type : Tetra / Mixed
Mesh Method : Robust
Solve>Controls>Solution
Solve>Initialize>Initialize.
Solve>Monitors>Residual
Solve>Monitors>Surface
Solve>Iterate
Mengimpor Mesh,
Memilih Solver :
Model Viskos ( k-omega SST oleh Menter)
Menentukan Jenis Material ( water )
Density = 998.2 kg/m3
Menentukan Kondisi Batas
Inlet : Velocity Inlet ( vektor kecepatan)
Outlet : Outlet-Vent (static Pressure =0Pa)
Ship : wall (no slip)
Wall : wall (free slip)
Menentukan parameter kontrol solusi
Menentukan metode interpolasi
Preprocessing
Postprocessing Solving
representasi hasil dalam
bentuk grafik , gambar,
analisa , dan perhitungan
FLUENT Workbench
Proses Running 1 Fluida
Simulasi CFD 2 Fluida
Mesh Info
Total Element : 1830690
Jumlah Node : 280414
Mesh Type : Tetra / Mixed
Mesh Method : Robust
Solve>Controls>Solution
Solve>Initialize>Initialize.
Solve>Monitors>Residual
Solve>Monitors>Surface
Solve>Iterate
Mengimpor Mesh,
Memilih Solver :
Model Multiphase : VOF implicit ( open
channel flow)
Model Viskos ( k-omega SST oleh Menter)
Menentukan Jenis Material ( water and air)
Menentukan Kondisi Batas
Inlet : Mass Flow Inlet
Outlet : Pressure Outlet
Ship : wall (no slip)
Wall : wall (free slip)
Menentuka parameter kontrol solusi
Menentukan metode interpolasi
Preprocessing
Postprocessing Solving
representasi hasil dalam
bentuk grafik , gambar,
analisa , dan perhitungan
FLUENT Workbench
Proses Running 2 Fluida
Grid Independence GRID
TOTAL
ELEMENTS Rv (N) % Rv
A 204834 1.961 -
B 426136 1.841 4.76
C 870989 1.747 2.56
D 1527102 1.700 0.69
E 3128276 1.688 0.61
F 6563934 1.677 1.03
GRID TOTAL
ELEMENTS RT (N) % RT
A 232447 6.44 -
B 420622 5.403 13.09
C 883278 4.56 5.59
D 1830690 4.2576 0.86
E 3465711 4.218 0.49
F 5536047 4.197 0.4
Perbandingan Hambatan Eksperimen dan CFD
Froude
number
V
(knots) CT CF
1+k CV CW
0.25 5.7063 0.007 0.0023 1.554 0.0035 0.0034
0.27 6.0896 0.01 0.0023 1.554 0.0035 0.0064
0.32 7.2591 0.0117 0.0023 1.554 0.0035 0.0081
0.36 8.1306 0.0162 0.0023 1.554 0.0035 0.01262
0.40 8.9417 0.0194 0.0022 1.554 0.0034 0.01598
0.41 9.2831 0.019 0.0022 1.554 0.0034 0.01558
Froud Number
CT CV CW
0.25 0.00705 0.005524 0.00153
0.27 0.00915 0.005477 0.00367
0.32 0.01004 0.005335 0.00471
0.36 0.01367 0.005247 0.00842
0.40 0.01730 0.0051994 0.01210
0.41 0.01724 0.005185 0.01206
Analisa Hasil Hambatan CFD
Fn CT CV CW
0.25 0.00751 0.005817 0.001693
0.27 0.00932 0.005649 0.003671
0.32 0.00955 0.005447 0.004103
0.36 0.01254 0.005344 0.007196
0.40 0.01632 0.005252 0.011068
0.41 0.01616 0.005243 0.010917
Fn CT CV CW
0.25 0.00740 0.005882 0.001618
0.27 0.00929 0.005692 0.003698
0.32 0.00948 0.005497 0.003983
0.36 0.01187 0.005376 0.006494
0.40 0.01583 0.005299 0.010531
0.41 0.01570 0.005292 0.010408
BB2
BB4
Perbandingan Hasil Hambatan CFD
Cv
Cw
CT
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan :
CFD mampu memberikan nilai yang cukup bagus dengan selisih CT antara pengujian numerik dan eksperimen untuk keseluruhan dibawah 8.9 %.
Variasi bulbous bow memberikan pengaruh yang signifikan terhadap penambahan hambatan viskos.
Bulbous bow tipe elliptical mampu mempresentasikan pengurangan hambatan pada Fr > 0.27
Konfigurasi bulbous bow yang paling optimal dalam pengurangan hambatan adalah bulbous bow variasi panjang 4%Lwl (BB4)
Kesimpulan dan Saran
Saran :
• Penentuan meshing yang lebih optimal sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat (Grid Independence).
• Melakukan variasi model jenis bulbous bow yang lain dan variasi ukuran dimensi bulbous bow untuk mendapatkan pengurangan hambatan yang lebih efisien.
• Analisa lebih mendalam tentang simulasi hambatan kapal pada ANSYS FLUENT.
• Spesifikasi komputer sangat mempengaruhi kualitas grid, sehingga hal ini sangat diperhatikan.
Visualisasi CFD Model Monohull BB2 Fr = 0.25
Visualisasi CFD Velocity BB2 Fr = 0.41
Thank You!