EVALUASI CFD HAMBATAN LAMBUNG KATAMARAN SIMETRIS DENGAN VARIASI KONFIGURASI UKURAN BULBOUS BOW TIPE GOOSE NECK

(1)

EVALUASI CFD HAMBATAN LAMBUNG KATAMARAN SIMETRIS DENGAN

VARIASI KONFIGURASI UKURAN BULBOUS BOW TIPE GOOSE NECK

Sony Anggara 4108 100 026 Jurusan Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan

(2)

Gambaran Umum

• Aplikasi bulbous bow (Tipe Goose Neck) pada lambung model katamaran untuk tujuan mengurangi hambatan kapal seperti pada kapal monohull

• Dalam Tugas Akhir ini, model katamaran yang dipakai diambil dari desain

ilik J l ddi (2010) d b di S/L 0 3

milik Jamaluddin (2010) dengan perbandingan S/L = 0,3

• Dimensi awal bulbous bow diadopsi dari desain milik Kanerva (2000) untuk kemudian divariasikan

kemudian divariasikan

• Variasi bulbous bow dilakukan pada dimensi panjang sebanyak 2 varian yaitu panjang sama dengan 2% Lwl dan 4% Lwl

varian, yaitu panjang sama dengan 2% Lwl dan 4% Lwl

(3)

Bulbous bow

Tipe Goose Neck

Bulbous bow

• Salah satu macam tipe bulb dengan bentuk yang unik, yaitu bagian ujung

Tipe Goose Neck

membengkok ke atas hingga muncul ke permukaan air pada saat kondisi air tenang.

• Mampu menurunkan hambatan 10% hingga 15% pada kapal monohull

(Kanerva 2000) (Kanerva, 2000)

Sony Anggara Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(4)

Latar Belakang

• Kapal Jenis katamaran lebih unggul dalam hal stabilitas (melintang) dibanding kapal monohull, dan memiliki deck yang dapat di desain relatif lebih luas (Utama dan Molland, 2001).

• Namun hambatan katamaran bernilai lebih besar dibandingkan dengan • Namun hambatan katamaran bernilai lebih besar dibandingkan dengan monohull untuk displasemen yang sama, khususnya pada Fn׏ > 3.4. (Seif

dan Amini, 2004)

(5)

Permasalahan

Seberapa efisien bulbous bow bekerja

?

Seberapa efisien bulbous bow bekerja

?

Model NB, B2 dan B4 Nilai Hambatan Pola Gelombang Distribusi Kecepatan Fluida

Hambatan _Gelombang Kecepatan Fluida

Back _{Sony Anggara}

Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(6)

Hipotesis

• Bulbous bow memberikan efek yang sama pada kapal katamaran seperti pada kapal monohull yaitu mengurangi nilai hambatan dengan cara mengubah sistem gelombang

S ti i i k b lb iliki f ktifit b b d d l

• Setiap variasi ukuran bulb memiliki efektifitas yang berbeda dalam mengurangi hambatan

(7)

Batasan Masalah

• Konsep Penelitian Pengujian Towing Tank (Model NB) Simulasi CFD (Model NB) dibandingkan dibandingkan Simulasi CFD (Model B2 dan B4) Sony Anggara Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(8)

Batasan Masalah

(lanjutan)

Batasan Masalah

(lanjutan)

• Batasan Teknis

Batasan Teknis

1. Model katamaran S/L = 0,3 milik Jamaluddin dkk (2010), telah diuji di towing tank.

2. Variasi model

– Tanpa bulbous bow  disebut model NB

– Dengan bulbous bow l = 2%Lwl  disebut model B2

– Dengan bulbous bow l = 4%Lwl  disebut model B4

Bulbous bow diadopsi dari Kanerva (2000) 3. Masing – masing model disimulasikan pada 6 variasi kecepatan 4. Perhitungan model numerik memakai ANSYS‐CFD 12 5. Validasi menggunakan data hasil uji towing tank. Sony Anggara Back

(9)

Desain Model & Bulb

Displasemen dan WSA dari model NB, B2 dan B4 di desain sama • Sarat NB : 78 mm • Sarat B2 : 74 mm • Sarat B4 : 73 mm

Dimensi bulbous bow presentase Nilai Satuan Sarat B4 : 73 mm

Panjang 2% Lwl 25.44 mm Cross Sectional Area di

FP

11% Midship

Cross Area 771.85 mm2

Tinggi bagian muncul di Tinggi bagian muncul di

permukaan 0.4% Lwl 1.56 mm Cross sectional area di

bagian yang muncul

9 % Midship

(10)

Desain Model & Bulb

(lanjutan)

Desain Model & Bulb

(lanjutan)

• Desain B4 merupakan transformasi dari B2

(11)

Desain Model & Bulb

(lanjutan)

Desain Model & Bulb

(lanjutan) NB B2 B4 Back _{Sony Anggara}

Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(12)

Pemodelan Numerik CFD

• Pemodelan 1 fluida  mencari hambatan Viskos • Pemodelan 2 fluida  hambatan total RT = RV + RW Dimensi Domain  Utama (1999)

(13)

Pemodelan Numerik CFD

(lanjutan)

Pemodelan Numerik CFD

(lanjutan)

1 fl id

2 fl id

1 fluida

2 fluida

Sony Anggara Jurusan Teknik Perkapalan ‐ FTK Institut Teknologi Sepuluh Nopember

(14)

Pemodelan Numerik CFD

(lanjutan)

Pemodelan Numerik CFD

(lanjutan) • Penentuan Grid 1542008 elemen 2276545 l elemen Bentuk model tidak sempurna Sony Anggara Back

(15)

Validasi

• Konvergensi • Grid Independence

Dinham dkk (2008)

• Verivikasi dengan data eksperimen menunjukkan penyimpangan yang relatif kecil, nilai error kurang dari 5.6%

(16)

Hasil dan Analisa

(Eksperimen)

Hasil dan Analisa

(Eksperimen)

• Towing Tank 10 12 14 (X10 ‐3) CV CT RT = RV + RW +RA CT = (1+βk)CF + τCW 4 6 8 o efisien Hambatan 0 2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 K o Froude Number F d N b C (X103₎ _{C (X10}3₎ _{CW (X10}3₎ Froude Number C_V(X10-3₎ _C T(X10-3) CW (X10-3) 0.188 6.506 6.819 0.313 0.281 5.975 8.203 2.228 0.375 5.636 8.552 2.916 0 469 5 392 11 854 6 462 R = ½ ρ C WSA V2 0.469 5.392 11.854 6.462 0.561 5.206 9.942 4.736 0.655 5.056 8.197 3.141

(17)

Hasil dan Analisa

(CFD)

Hasil dan Analisa

(CFD)

H b t  K fi i h b t 12.0 14.0 16.0 iskos (X10 ‐3) CFD NB CFD B2 CFD B4

Hambatan  Koefisien hambatan

R = ½ ρ Cv WSA V2

Hambatan Viskos

2 0 4.0 6.0 8.0 10.0 fisien Hambatan V i

Hambatan Viskos

– Rv naik  E = ½ m v2

– Perbedaan tipis  kontrol WSA 6.3

CFD NB 0.0 2.0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Koe f Froude Number

– Perbedaan terjadi akibat

perubahan bentuk model, viskos interference F F kt (1 βk) CT/CF 5.7 5.9 6.1 atan Viskos (X10 ‐3) CFD B2 CFD B4 – Form Faktor (1+βk) = CT/CF NB : 1.253 B2 : 1.256 B4 : 1.257 4 9 5.1 5.3 5.5 Koefisien Hamb a 4.9 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Froude Number tekanan

(18)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

Hambatan Gelombang

6

7

(X10

‐3) _CFD NB

CFD B2

• Bulbous bow berperan mempengaruhi sistem gelombang

• Mulai menunjukkan fungsi pada Fn > 3

4 5 m batan Gelombang CFD B4

Mulai menunjukkan fungsi pada Fn 0.2

• Interferensi saling meniadakan antara gelombang oleh bulb dan model

lambung efektif pada kecepatan tinggi 0

1 2

Koefisien

Ha

m

lambung efektif pada kecepatan tinggi

• B4 paling efektif menurunkan Rw 0 0.1 0.2 Froude Number0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

(19)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

(20)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

Hambatan Total

12.000

13.000

Hambatan Total

• Untuk Fn > 0.2, bulbous bow bekerja efektifmenurunkan hambatan total.

9.000 10.000 11.000 batan Total (X10 ‐3) _CFD NB CFD B2 CFD B4

• Untuk Fn < 0.2 tahanan bentuk lebih dominan 6.000 7.000 8.000 Koefisien Ham

• Penurunan hambatan terbesar pada Fn = 0.47, - B2 menurunkan 7.5% 5.000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Froude Number - B4 menurunkan 10.5% dari hambatan model NB Fn v [m/s] C_TNB(X10-3₎ _C TB2(X10-3) CTB4 (X10-3) 0.18 0.688 6.853 6.942 6.931 0.28 1.031 8.301 8.034 7.959 0.37 1.374 8.723 8.182 8.114 0.47 1.718 11.190 10.347 10.015 0.56 2.058 9.733 9.042 8.906 0.65 2.400 8.115 7.604 7.482

(21)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

Hasil dan Analisa

(CFD lanjutan)

• Distribusi Kecepatan

A1. V1 = A2. V2 P + ρgh + ½ gv2 _= Konstan Stern Bow pressure velocity Back pressure

(22)

Kesimpulan

• Bulbous bow mulai menunjukkan perannya pada Fn>0.2. Penurunan

h b t k i l h b lb b t k d l B2 t j di t

hambatan secara maksimum oleh bulbous bow untuk model B2 terjadi saat Fn = 0.47 sebesar 7.5%, sedangkan untuk model B4 terjadi saat Fn = 0.47

sebesar 10.5%.

• Pada bagian x/L > 0.8 model dengan bulbous bow (B2 dan B4) mampu meningkatkan kecepatan fluida dibagian inner dan outer demihull. Sedangkan di bagian belakang, aliran fluida model B2 dan B4 lebih rendah dibandingkan model NB. Model B4 relatif lebih aktif dalam mengubah dibandingkan model NB. Model B4 relatif lebih aktif dalam mengubah kecepatan fluida

• Model B2 dan B4 mampu menaikkan ketinggian permukaan air dibagian

d k di k il k d l l b h l b d b i

depan, kemudian memperkecil kedalaman lembah gelombang pada bagian belakang. Semakin kecil amplitudo lembah maka gelombang akan relatif tenang, sehingga hambatan gelombang kecil. Amplitudo lembah terkecil dihasilkan oleh model B4.

(23)