ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN ELLIPTICAL BULB TERHADAP HAMBATAN VISKOS DAN GELOMBANG PADA KAPAL MONOHULL DENGAN PENDEKATAN CFD

(1)

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

(2)

Content

PENDAHULUAN HASIL DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN DAN SARAN METODOLOGI PENELITIAN SIMULASI CFD

(3)

• _{Efisiensi Desain} • _{Hambatan Kapal} • _{Bulbous Bow}

(4)

• _{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?

(5)

• _{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.

(6)

• _{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.

(7)

Studi Literatur awal

• Bentuk-bentuk bulbous bow

• Pengaruh penggunaan bulbous bow • Operational Software CFD

• Perhitungan Hambatan • Analisa Hambatan

• Konsep pengolahan data hasil penelitiansebelumnya oleh (Murdijanto, Utama, Jamaluddin, 2011)

Pengidentifikasian Masalah

Apa pengaruh penambahan elliptical bulb pada model kapal monohull dari segi hambatan

viskos dan gelombang

Mulai

(8)

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

(9)

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 )

(10)

Studi Literatur

R

_V

R

_W

R

_T

C

_V

C

_W

C

_T

Rumus Umum Hambatan : R = 1₂ ρ Vs2 _{S C}

Dimana :

 ρ = Massa Jenis Air (Kg/m3₎

 Vs = Kecepatan kapal (m/s)

 S = Luas Permukaan Basah (m2)

(11)

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.

(12)

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

(13)

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

(14)

Visualisasi Meshing

Simulasi 2 Fluida Simulasi 1 Fluida

(15)

Simulasi CFD 1 Fluida

Mesh Info

 _{Total Element : 1527102}  _{Jumlah Node : 271623}

 _{Mesh Type : Tetra / Mixed}  _{Mesh Method : Robust}

(16)

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

(17)

Simulasi CFD 2 Fluida

Mesh Info

 _{Total Element : 1830690}  _{Jumlah Node : 280414}

 _{Mesh Type : Tetra / Mixed}  _{Mesh Method : Robust}

(18)

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

(19)

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

(20)

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 C_T C_V C_W 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

(21)

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

(22)

Perbandingan Hasil Hambatan

CFD

Cv

Cw

(23)

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}

(24)

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}

(25)

Visualisasi CFD

(26)

Visualisasi CFD

(27)