Airfoil Pada Berbagai Rezim Aliran
• DECEMBER 2019
Hasil – 𝑀 ∞ = 0.6
• Bilangan Mach Aliran Bebas (aliran bebas) adalah 0,6 dan seluruh zona aliran adalah subsonik, yang termasuk ke dalam rezim aliran subsonik.
• Seperti yang telah ditunjukkan, bilangan Mach aliran berkurang ketika mendekati ke tepi depan karena adanya airfoil. Kemudian aliran
berakselerasi di sepanjang permukaan airfoil karena kelengkungan meningkat. Bilangan Mach maksimum sekitar 0,8 muncul di bagian depan airfoil. Distribusi bilangan Mach yang rendah terlihat di airfoil wake.
• Di depan titik stagnasi, tekanan aliran, massa jenis dan temperatur meningkat secara bersamaan.
Namun setiap variabel aliran berkurang di sepanjang airfoil saat aliran berakselerasi.
Distribusinya tetap konsisten dengan persamaan keadaan gas ideal.
• Rasio massa jenis lokal terhadap massa jenis
aliran bebas (aliran bebas) adalah antara 0,81 dan
Hasil – 𝑀 ∞ = 0.8
• Ketika bilangan Mach aliran bebas meningkat menjadi 0,8, zona aliran supersonik terbentuk dan oleh karena itu aliran tersebut berada pada rezim aliran transonik.
• Seperti yang terlihat dalam aliran transonik ini, dua gelombang kejut normal dihasilkan tepat di hilir akord airfoil 50%, yang masing-masing tegak lurus terhadap permukaan atas dan bawah.
• Garis sonik menandai lokasi di mana bilangan
Mach lokal sama dengan 1. Garis itu menutupi dua zona supersonik yang simetris terhadap akord airfoil. Setiap zona memiliki bentuk segitiga yang dimulai dari tepi depan sampai ke gelombang kejut yang searah dengan arah aliran dan meluas ke sekitar 2/3 dari panjang akord sepanjang arah vertikal.
• Aliran tetap subsonik di luar zona supersonik dan bagian hilir gelombang kejut.
Garis Sonik
Zona Supersonik
Aliran Subsonik Kejutan Normal
Kejutan Normal
Hasil – 𝑀 ∞ = 0.8
• Seperti yang terlihat, penurunan tiba-tiba tekanan aliran, massa jenis dan
temperatur terjadi dalam dua gelombang kejut yang sangat tipis. Gradiennya sangat besar sehingga variabel-variabel ini dapat diperlakukan tidak kontinyu di lokasi di mana gelombang kejut hadir.
• Tekanan, massa jenis, dan temperatur yang relatif rendah diperoleh di zona
supersonik.
• Variasi massa jenis lokal berkisar antara 0,53 ~ 1,34 kali massa jenis aliran bebas.
Efek kompresibilitas agak signifikan.
Hasil – 𝑀 ∞ = 1.2
• Bilangan Mach aliran bebas yang masuk (1,2) lebih besar dari 1, yang mencirikan aliran sebagai aliran supersonik.
• Seperti yang ditunjukkan, aliran menunjukkan karakteristik yang sangat berbeda dari aliran subsonik dan transonik.
• Busur Gelombang kejut yang dilepaskan
terbentuk di bagian depan yang lokasinya sekitar 70% di depan tepi muka airfoil. Kejutan
membengkok searah aliran sambil merambat di sepanjang arah vertikal.
• Zona subsonik dihasilkan mulai dari bagian belakang Busur Kejutan dan berakhir di tepi depan airfoil. Zona subsonik berbentuk seperti payung yang tertutup oleh isolines M = 1.
• Dua gelombang kejut miring muncul di tepi belakang airfoil. Kedua tepi belakang kejutan condong ke arah searah aliran.
• Mulai dari sekitar 10% akord belakang dari tepi terdepan, aliran berakselerasi di sepanjang
permukaan airfoil dan bilangan Mach maksimum dicapai tepat di tepi belakang guncangan.
M = 1
Aliran Supersonik Zona Subsonik
tepi belakang kejutan Busur
Kejutan
Hasil – 𝑀 ∞ = 1.2
• Tekanan aliran, temperatur dan massa jenis seketika melonjak setelah melintasi busur kejutan dan tepi belakang
gelombang kejut. Sebaliknya, bilangan Mach seketika turun di tepi hilir kejutan.
• Tekanan tertinggi, massa jenis dan temperatur diperoleh di dalam zona subsonik.
• Sementara itu, percepatan aliran
menyebabkan penurunan tekanan, massa jenis dan temperatur.
• massa jenis aliran bervariasi dari 0,33 ~ 1,86 kali dari aliran bebas, menunjukkan kompresibilitas yang signifikan.
Results – Drag
• Plot kiri menunjukkan gaya seret total dan dua komponennya, gaya tekanan dan gaya viskos untuk ketiga kasus tersebut. Ketika bilangan Mach aliran bebas meningkat, total gaya seret dan kedua komponennya bertambah sangat cepat. Untuk 𝑀∞ = 0,6, besarnya gaya tekanan dan gaya viskos sangat mirip. Pada 𝑀∞ = 0,8, gaya tekanan meningkat secara signifikan yaitu sekitar lima kali dari gaya viskos. Ketika 𝑀∞ = 1,2, gaya tekanan berkontribusi hingga 96% jumlah total gaya seret.
• Dengan demikian, koefisien gaya seret 𝐶𝑑 (kanan) bertambah saat bilangan Mach naik. Seperti yang terlihat, 𝐶𝑑 untuk 𝑀∞= 0,8 hampir tiga kali lipatnya 𝐶𝑑untuk 𝑀∞= 0,6, tetapi 𝐶𝑑 bertambah dengan faktor 4,6 ketika bilangan Mach aliran bebas melonjak dari 0,8 menjadi 1,2..
• Secara umum, gaya seret / koefisien Seret suatu objek meningkat pesat ketika aliran bebas bertransisi dari subsonik ke supersonik.
𝐶
𝑑= 𝐹
𝑑0.5𝜌𝑉
∞2𝐴
𝑟𝑒𝑓Lampiran
Airflow pada berbagai rezim Aliran
Catatan Pengaturan Model
• Sifat material menggunakan model gas ideal untuk menghitung massa jenis dan model Sutherland untuk perhitungan viskositas.
• Opsi Viscous Heating pada model Viskos diaktifkan untuk memasukkan bentuk pembuangan viskos (Viscous Dissipation) dalam persamaan energi.
• Kondisi Pressure Far Field diterapkan untuk mengaktfkan spesifikasi bilangan Mach sebagai input kondisi batas
• Kondisi batas turbulensi diatur ke 1% dari intensitas turbulen dan unit rasio viskositas turbulen yang merupakan asumsi logis untuk aliran udara bebas.
• Gunakan skema upwind orde kedua untuk mendapatkan akurasi yang lebih tinggi.
• Gunakan total 1500 iterasi untuk memastikan solusi yang benar-benar konvergen.
• Pantau koefisien Seret dan koefisien angkat yang dihasilkan untuk tujuan verifikasi konvergensi.
