ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ELLIPTICAL BULB TERHADAP HAMBATAN VISKOS DAN GELOMBANG PADA KAPAL MONOHULL DENGAN PENDEKATAN CFD
TUGAS AKHIR oleh : Taufik Ahmad Dahlan 4109 100 060
JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
Content METODOLOGI PENELITIAN
PENDAHULUAN
KESIMPULAN DAN SARAN
SIMULASI CFD
HASIL DAN PEMBAHASAN
Latar Belakang
Title and Content Layout with Chart • Efisiensi Desain • Hambatan Kapal • Bulbous Bow
Rumusan Masalah • 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?
Tujuan • 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.
Batasan Masalah • 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.
Metodologi Penelitian Mulai
Pengidentifikasian Masalah Apa pengaruh penambahan elliptical bulb pada model kapal monohull dari segi hambatan viskos dan gelombang
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)
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 :
Lwl (m) 13.8
B (m) 2.4
D(m) 0.65
H(m) 1.26
Cb 0.533
Vol.Displ (m3) 11.48
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)
Metodologi Penelitian 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 )
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
Studi Literatur Rumus Umum Hambatan :
RV
RW
RT
1 2
R = ρ Vs2 S C Dimana : ρ = Massa Jenis Air (Kg/m3) Vs = Kecepatan kapal (m/s)
S = Luas Permukaan Basah (m2)
CV
CW
CT
C = Koefisien Hambatan
Pemodelan Kapal GENERAL DATA KAPAL MONOHULL Length Of Waterline Length between perpendiculars Beam on waterline Draft to Baseline Draft on Maxsurf Displaced volume Cross-sect.area above Design speed Roughness allowance Mass density of water Temperature of water Displaced volume in maxsurf Displacement WSA
13.8 13.5 2.4 0.65 0.58 11.51 5 9.5 0 1025 30 11.484 11.771 33.858
(m) (m) (m) (m) (m) (m3) (m2) (Knots) (Kg/m3) (centigrades) (m3) ton 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
Langkah Pemodelan ICEM Import Geometry
Boundary Condition Ship (wall solid) Inlet Outlet Wall Fluida
Titik ( Vertex ) Garis (Edge) Bidang (Face)
Langkah pembuatan model
Export ke .msh Export model kapal tanpa bulb Export model kapal dengan penambahan bulb
Meshing Global mesh setup Part mesh setup Compute mesh mesh type : tetra/mixed
Visualisasi Meshing Simulasi 1 Fluida Model
Simulasi 2 Fluida
Simulasi CFD 1 Fluida Mesh Info Total Element : 1527102 Jumlah Node : 271623
Mesh Type : Tetra / Mixed Mesh Method : Robust
Proses Running 1 Fluida Preprocessing
FLUENT Workbench Postprocessing representasi hasil dalam bentuk grafik , gambar, analisa , dan perhitungan
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
Solving
Solve>Controls>Solution Solve>Initialize>Initialize. Solve>Monitors>Residual Solve>Monitors>Surface Solve>Iterate
Simulasi CFD 2 Fluida Mesh Info Total Element : 1830690 Jumlah Node : 280414
Mesh Type : Tetra / Mixed Mesh Method : Robust
Proses Running 2 Fluida Preprocessing
FLUENT Workbench
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
Postprocessing
Solving representasi hasil dalam bentuk grafik , gambar, analisa , dan perhitungan
Solve>Controls>Solution Solve>Initialize>Initialize. Solve>Monitors>Residual Solve>Monitors>Surface Solve>Iterate
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 1+k
CV
CW
0.0023
1.554
0.0035
0.0034
0.01
0.0023
1.554
0.0035
0.0064
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
Froude
V
number
(knots)
CT
CF
0.25
5.7063
0.007
0.27
6.0896
0.32
Froud Number 0.25 0.27 0.32 0.36 0.40 0.41
CT
CV
CW
0.00705
0.005524
0.00153
0.00915
0.005477
0.00367
0.01004
0.005335
0.00471
0.01367
0.005247
0.00842
0.01730
0.0051994
0.01210
0.01724
0.005185
0.01206
Analisa Hasil Hambatan CFD BB2
BB4
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
Perbandingan Hasil Hambatan CFD Cv
CT
Cw
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!
