STUDI LITERATUR DAN TEORI
2.1 Teori Aliran Sekunder .1Separasi Aliran .1Separasi Aliran
Separasi aliran terbagi dari dua jenis yaitu separasi aliran 2D dan separasi aliran 3D, keduanya memiliki penyebab yang berbeda. Separasi aliran 2D merupakan fenomena terjadi aliran yang meninggalkan bidang viscous akibat
adverse pressure dan efek friksi. Sedangkan aliran separation 3D menurut Abddula et al [6] merupakan adanya interaksi dua aliran viscous yang saling berdekatan sehingga aliran 3D selalu terjadi di daerah persimpangan atau
junction. Aliran separasi 2D terjadi pada aliran laminar dimana aliran tidak mampu mengatasi efek komulatif dari adverse pressure gradient dan wall stress
akibat momentum aliran yang kecil. Permulaan terjadinya separasi ditandai dengan tidak ada perubahan kecepatan(u) ke arah sumbu x didekat dinding
* +
=0. Selama berlangsungnya separasi maka muncul interaksi antara aliran
nonviscous dengan lapisan batas aliran terseparasi, peristiwa ini biasanya disebut
entrainment. Dampak tersebut memungkinkan aliran pulih kembali apabila jumlah komulatif energi momentum telah mampu mengatasi adverse pressure gradient sehingga aliran kembali bergerak kembali menuju permukaan gesekan yang disebut dengan reattachment. Peristiwa ini biasanya disebut dengan bubble separation. Pada proses resirkulasi ini terjadi perubahan karakteristik aliran dari aliran laminar menuju turbulen yang lebih singkat. Fenomena bubble separasi aliran dipaparkan pada gambar 2-1 yang merupakan hasil dari Muller et al [28].
Kajian penelitian ini tidak hanya membahas separasi aliran 2D, namun dititik beratkan pada fenomena terjadi separasi aliran 3D. Hal ini disebabkan bahwa separasi aliran 3D atau aliran sekunder mendominasi terjadinya blockage
14
Gambar 2-1 Fenomena Bubble Separasi Aliran,[28] .
Abdulla et al [6], memperlihatkan separasi aliran 3D yang dipaparkan pada gambar 2-2. Lapisan batas aliran viscous yang berkembang di permukaan plat datar bertemu dengan lapisan batas aliran viscous dari bodi tunggal. Peristiwa tersebut menyebabkan terjadinya boundary layer yang terpelintir biasanya disebut sebagai skewed boundary layer. Aliran sekunder disebabkan oleh ketidak mampuan aliran utama khusus daerah aliran viscous melawan adverse pressure
dari bodi. Adverse pressure di depan leading edge diakibatkan oleh terbentuknya
skewed boundary layer. Aliran sekunder menurut Tobak dan Peake [2],[3] selalu diawali dengan terbentuk saddle point. Pada titik saddle terjadi peristiwa bertemunya dua attachment line dari attachment line primer dan attachment line from leading edge. Interaksi aliran di saddle point dihasilkan separation 3D line
yang arahnya selalu orthogonal dengan aliran primer, seperti ungkapan Merati et al [5].
15 2.1.2 Topologi aliran 3D.
Aliran separasi 3D atau sekunder merupakan paparan sebuah domain pergerakan fluida yang diungkapkan melalui wall streamline display yang pertama kali diungkap oleh kalangan praktisi. Aliran sekunder pertama kali diketahui melalui observasi gambar yang didapatkan dengan teknik oil flow visualization pada permukaan hasil dari eksperimen wind tunnel oleh Maltby [29]. Kemudian aliran sekunder pertama kali dianalisa dalam bentuk jurnal oleh Tobak dan Peake [2] yang dilakukan berdasarkan garis-garis skin friction pada permukaan bidang tumpu. Hipotesa ini didasari oleh catatan penelitian Lighthill [30], bahwa garis skin friction dapat dijadikan pengamatan pergerakan vektor pada permukaan lintasan aliran yang disebut sebagai wall streamline. Prinsip dari Legendre menyatakan separasi aliran berasal dari pertemuan streamline dinding tertentu berasal dari sebuah singular point yaitu saddle point. Lighthill [30] yang lebih mengkhususkan penelitiannya pada aliran viscous, mengklafisikasi bahwa
saddle point merupakan kondisi yang diperlukan untuk separasi aliran. Kemudian secara jelas Tobak dan Peake [2],[3] mengklasifikasikan aliran sekunder dengan analisa matematika berdasarkan sifat kinematis fluida, kemudian disempurnakan kembali oleh Surana et al [7][8][9]
Kondisi suatu titik antara skin friction berupa wall shear stress dengan
vorticity yang bernilai nol menurut Tobak dan Peake [2] disebut sebagai singular point. Titik tersebut diklasifikasikan berdasarkan vektor menjadi nodal atau node, spiral nodal dan saddle. Pemaparan bentuk dari vektor dilihat pada gambar 2-3.
Node diklasifikasi menjadi separation line dan attachment line berdasarkan arah vektor kecepatan. Dimana garis node yang memiliki arah meninggalkan titik singular disebut sebagai separation line sedangkan yang memiliki arah menuju titik singular disebut sebagai attachment line. Sedangkan untuk Spiral Node atau
foci atau focus merupakan kondisi tidak ditemukan garis tangensial vector kecepatan sehingga aliran terbentuk terjadi pusaran vortex. Focus dibedakan menjadi dua jenis seperti peristiwa node. Sedangkan untuk saddle point
merupakan pertemuan dua particular line masuk di suatu titik yang menghasilkan dua particular line yang keluar.
16
Gambar 2-3 Klasifikasi Singular Point [2] a)Node, b).Spiral Node (Focus/Foci), c).Saddle.
Deskripsi yang lain dikemukan oleh Wang [31], bahwa skin friction line
dari suatu line of attachment cenderung mengembang pada suatu permukaan. Hal ini disebabkan oleh pengaruh karakter aliran yang dipengaruhi viscous kecenderungan bergerak dan berotasi (menggulung). Akibat aliran yang menggulung tersebut ketika bertemu dengan aliran inviscid terproyeksi menjauhi lapisan batas dan kembali attach. Pada gambar 2-4 diperlihatkan limiting streamline/streamtube di dekat garis separasion aliran 3D.
17 Definisi Surana et al [7] menyatakan bahwa separation line merupakan partikel fluida mulai berkumpul tertutup menuju boundary converge pada sebuah
streamline, kemudian aliran tersebut meninggalkan boundary. Sedangkan untuk
attachment line berkebalikan dari separation line. Pada gambar 2-5 dipaparkan perbedaan dua jenis aliran berdasarkan kondisi batasnya.
Gambar 2-5 Kondisi Separation line dan Attachment line[7].
Lighthill [30] mengungkapkan bahwa ketika ada dua buah node
berdekatan menyebabkan terjadi sebuah saddle point didalam kajian tersebut merupakan pendefinisian fundamental terhadap singular point. Dimana saddle point dinyatakan sebagai pertemuan dua attachment line sehingga menghasilkan dua separation line. Hal ini telah dibukti dalam eksperimen Seegmiller, dipaparkan pada gambar 2-6.
18