AERODINAMIKA LAPISAN BATAS
Disusun Oleh:
EKO SUSETYO YULIANTO,ST.,MT.
JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
2020
LAPISAN BATAS AERODINAMIKA
1.1 Lapisan Batas(Boundary Layer)
Pada atmosfer bumi , lapisan batas atmosfer adalah lapisan udara di dekat tanah yang dipengaruhi oleh perpindahan panas diurnal, uap air atau momentum ke atau dari permukaan. Pada sayap pesawat , lapisan batas adalah bagian dari aliran yang dekat dengan sayap, di mana gaya kental mendistorsi aliran non-kental di sekitarnya.
Lapisan batas aerodinamis pertama kali didefinisikan oleh Ludwig Prandtl dalam sebuah makalah yang disajikan pada 12 Agustus 1904 di Kongres Internasional Matematikawan ketiga di Heidelberg, Jerman . Ini menyederhanakan persamaan aliran fluida dengan membagi medan aliran menjadi dua area: satu di dalam lapisan batas, didominasi oleh viskositas dan menciptakan mayoritas hambatan yang dialami oleh badan batas; dan satu di luar lapisan batas, di mana viskositas dapat diabaikan tanpa efek signifikan pada solusi. Ini memungkinkan solusi bentuk-tertutup untuk aliran di kedua area, penyederhanaan signifikan dari persamaan Navier-Stokes penuh. Mayoritas perpindahan panas ke dan dari benda juga terjadi di dalam lapisan batas, sekali lagi memungkinkan persamaan disederhanakan dalam bidang aliran di luar lapisan batas. Distribusi tekanan di seluruh lapisan batas ke arah normal ke permukaan (seperti airfoil ) tetap konstan di seluruh lapisan batas, dan sama seperti pada permukaan itu sendiri.
Ketebalan lapisan batas kecepatan biasanya didefinisikan sebagai jarak dari benda padat ke titik di mana kecepatan aliran kental adalah 99% dari kecepatan freestream (kecepatan permukaan dari aliran inviscid). Ketebalan perpindahan adalah definisi alternatif yang menyatakan bahwa lapisan batas mewakili defisit dalam aliran massa dibandingkan dengan aliran inviscid dengan selip di dinding. Ini adalah jarak dimana dinding harus dipindahkan dalam kasing tidak masuk untuk memberikan aliran massa total yang sama dengan kasing kental. Kondisi tanpa-selip memerlukan kecepatan aliran pada permukaan benda padat menjadi nol dan suhu fluida sama dengan suhu permukaan. Kecepatan aliran kemudian akan meningkat dengan cepat di dalam lapisan batas, diatur oleh persamaan lapisan batas, di bawah ini.
Gambar Profil kecepatan lapisan batas laminar
Ketebalan lapisan batas termal juga jarak dari tubuh di mana suhu 99%
dari suhu freestream. Rasio dari dua ketebalan diatur oleh nomor Prandtl . Jika nomor Prandtl adalah 1, kedua lapisan batas memiliki ketebalan yang sama. Jika angka Prandtl lebih besar dari 1, lapisan batas termal lebih tipis dari lapisan batas kecepatan. Jika nomor Prandtl kurang dari 1, yang merupakan kasus untuk udara
pada kondisi standar, lapisan batas termal lebih tebal daripada lapisan batas kecepatan.
Dalam desain kinerja tinggi, seperti glider dan pesawat komersial, banyak perhatian diberikan untuk mengendalikan perilaku lapisan batas untuk meminimalkan hambatan. Dua efek harus dipertimbangkan. Pertama, lapisan batas menambah ketebalan efektif tubuh, melalui ketebalan perpindahan , sehingga meningkatkan tekanan. Kedua, gaya geser pada permukaan sayap menciptakan gesekan gesekan kulit .
Pada bilangan Reynolds yang tinggi, khas pesawat ukuran penuh, diinginkan untuk memiliki lapisan batas laminar . Ini menghasilkan gesekan kulit yang lebih rendah karena profil kecepatan aliran laminar yang khas. Namun, lapisan batas pasti menebal dan menjadi kurang stabil ketika aliran berkembang di sepanjang tubuh, dan akhirnya menjadi turbulen , proses yang dikenal sebagai transisi lapisan batas . Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menyedot lapisan batas keluar melalui permukaan berpori (lihat Boundary layer suction ). Ini dapat mengurangi hambatan, tetapi biasanya tidak praktis karena kompleksitas mekanisnya dan daya yang diperlukan untuk menggerakkan udara dan membuangnya. Teknik aliran laminar alami mendorong transisi batas lapisan belakang dengan membentuk kembali airfoil atau badan pesawat sehingga titik paling tebal lebih buritan dan kurang tebal. Ini mengurangi kecepatan di bagian depan dan nomor Reynolds yang sama dicapai dengan panjang yang lebih besar.
Pada bilangan Reynolds yang lebih rendah, seperti yang terlihat pada pesawat model, relatif mudah untuk mempertahankan aliran laminar. Ini memberikan gesekan kulit yang rendah, yang diinginkan. Namun, profil kecepatan yang sama yang memberikan lapisan batas laminar gesekan kulit yang rendah juga menyebabkannya sangat dipengaruhi oleh gradien tekanan yang merugikan . Ketika tekanan mulai pulih di bagian belakang chord sayap, lapisan batas laminar akan cenderung terpisah dari permukaan. Pemisahan aliran seperti itu menyebabkan peningkatan besar dalam tekanan drag , karena itu sangat meningkatkan ukuran efektif bagian sayap. Dalam kasus-kasus ini, dapat menguntungkan untuk secara sengaja membuat lapisan batas menjadi turbulensi pada suatu titik sebelum lokasi pemisahan laminar, menggunakan turbulator . Profil kecepatan penuh dari lapisan batas turbulen memungkinkannya untuk mempertahankan gradien tekanan yang merugikan tanpa memisahkan. Dengan demikian, meskipun gesekan kulit meningkat, hambatan keseluruhan berkurang.
Ini adalah prinsip di balik lesung bola golf, serta generator vortex di pesawat.
Bagian sayap khusus juga telah dirancang untuk menyesuaikan pemulihan tekanan sehingga pemisahan laminar berkurang atau bahkan dihilangkan. Ini merupakan kompromi yang optimal antara hambatan tekanan dari pemisahan aliran dan gesekan kulit dari turbulensi yang diinduksi.Saat menggunakan setengah model di terowongan angin, sebuah peniche terkadang digunakan untuk mengurangi atau menghilangkan efek lapisan batas.
Pada setiapaliranudara yang
melaluisuatubendaakanmengalamigesekandenganpermukaanbendatersebut.
Gesekaniniakanmenimbulkansuatuhambatan / tahanan.
Besarkecilnyatahananditentukanoleh : a. Kekasaranpermukaanbenda b. Kecepatanudara yang mengalir c. Letakbendaterhadapaliranudara
Dengan adanya gesekan permukaan (skin friction) maka pada setiap aliran udara yang mengalir melalui benda yang paling kecilsampaidengansuatudaerah yang mempunyai kecepatan udara bebas, karena adanya separasi aliran.
Kecepatan tiap lapisan udara berbeda-beda sehingga tampak batas setiap lapisan.
Apabila aliran udara mengalir pada suatu benda yang kemudian terjadi lapisan-lapisan aliran udara yang rata serta sejajar dengan permukaan benda tadi, maka aliran udara yang demikian disebut aliran udara laminer. Pada aliran udara laminar ini juga terjadi boundary layer, sehingga kecepatan lapisan udara yang dekat dengan permukaan benda akanl ebih kecil dibandingkan dengan kecepatan lapisan udara yang di titik yang lebih jauh dari permukaan benda. Di dalam boundary layer pengaruh uniform. Di luar boundary layer, tidak ada pengaru hviskositas sehingga aliran dapat diperlakukan sebagai inviscid flow.
Lapisan batas (boundary layer) adalah lapisan tipis pada permukaan padat (solid surface) tempat fluida mengalir dimana pengaruh viskositas relative besar.
Gambar Boundary Layer
Dari gambar 2.1,
dapatdijelaskanbahwafluidamengalirdengankecepatanseragamsebesar U∞
(kecepatanaliranbebas). Sewaktumelewatipermukaanpadat, terbentuklah shear layer yang menghasilkanprofilkecepatanseperti yang tampakdalamgambardiatas.
Pada titik A dan A’, fluidamemilikikecepatannol (disebut no-slip condition).
Lapisan Batasjuga didefinisikan suatu lapisan yang terbentuk disekitar penampang yang dilalui oleh fluida tertentu, karena mengalami hambatan yang disebabkan oleh beberapa faktor, seperti faktor gesekan, dan efek- efek viskos.
Viskositasadalah kemampuan untuk menahan suatu gesekan (ukuran kekentalan fluida). Hubungan antara viskositas dengan aliran laminar dan turbulen adalah semakin besar viskositas yang terdapat pada fluida maka semakin kecil gesekan yang tejadi antara fluida dengan permukaan suatu benda sehingga kecepatan aliran antara molekul fluida lebih teratur, ini berarti aliran ini cenderung laminar. Begitupun sebaliknya, semakin kecil viskositas fluida maka alirannya cenderung bergolak (tidak teratur) atau turbulen.
aliran ini sebenarnya juga bergerak dalam ruang dan waktu sehingga penurunannya dilakukan pada arah x,y,z serta t (waktu). Namun pengasumsian aliran fluida bergerak pada streamline yang mengalir secara tunak dan gerakan aliran yang mengalami gesekan terjadi hanya pada salah satu bidang sumbu. dan garis batas yang menunjukan tidak lagi adanya perubahan ketinggian terhadap kecepatan fluida inilah yang disebut Boundary Layer. Dimana aliran diluar lapisan batas disebut sebagai aliran inviscid.
Gambar Aliran Laminar Turbulen 1.2 Bilangan Reynolds
Seorangahlifisikabernama Reynolds
telahmelakukanpercobaanpercobaandenganmengalirkanudarakedalam pipa-pipa yang berlainanukurannya. Bilakerapatan dan viskositantetap, ternyataaliranudara laminar akanberubahmenjadialiranpusar (turbulen) pada suatukecepatantertentu dan besarkecepataniniberbandingterbalikdengan diameter pipa yang dipakai.
Bilaaliranudaramelewati U∞ B U∞ Y C A A1 X 6 suatubenda, makadapatdisimpulkanbahwabesarbilanganreynoldstersebutadalah:
a. Berbandinglurusdengan density udara b. Berbandinglurusdengankecepatanudara
c. Berbandinglurusdenganukuran / panjangbenda
d. Berbandingterbalikdengankoefisienviskositas.
Dari hasilpercobaantersebutditemukanbilangan yang takberdimensi yang selanjutnyadisebutBilangan Reynolds dan dapatdirumuskansebagaiberikut :
Dimana :
Re = Bilangan Reynolds (Reynolds Number) P = Density udara (kg/m3)
V = Kecepatanudara (m/det) µ = Viskositasdinamik (kg/m.s) D = Diameter Spesimen (m)
Batas dimanaaliran laminar
berubahmenjadialiranturbulandisebutdenganbilangan Reynolds Kritis (Critical Reynolds Number) . Karena Reynolds Number tergantung pada densitas dan viskositas, makabilakecepatanaliranberubahmakabilangan Reynolds pun ikutberubah,
misalkanbilakecepatanaliranbertambahmakabilanganReynoldsnyaakanturun.
2.1 Jenis-jenis Aliran (Menempel dan memisah)
Lapisan batas laminar dapat diklasifikasi secara longgar sesuai dengan strukturnya dan keadaan di mana mereka dibuat. Lapisan geser tipis yang berkembang pada benda berosilasi adalah contoh lapisan batas Stokes , sedangkan
lapisan batas Blasius mengacu pada solusi kesamaan yang terkenal di dekat pelat datar terlampir yang dipegang dalam aliran searah yang akan datang dan lapisan batas Falkner-Skan , generalisasi profil Blasius. Ketika cairan berputar dan kekuatan kental diimbangi oleh efek Coriolis (bukan inersia konvektif), sebuah lapisan Ekman terbentuk. Dalam teori perpindahan panas, lapisan batas termal terjadi. Permukaan dapat memiliki beberapa jenis lapisan batas secara bersamaan.
Sifat aliran udara yang kental mengurangi kecepatan lokal pada permukaan dan bertanggung jawab atas gesekan kulit. Lapisan udara di atas permukaan sayap yang diperlambat atau dihentikan oleh viskositas, adalah lapisan batas. Ada dua jenis aliran lapisan batas: laminar dan turbulen.
Jenis-jenis aliran yang terjadi bisa berupa aliran laminar, transisi ataupun turbulen. yang membedakan ketiga jenis aliran ini adalah pada rentang nilai bilangan reynoldsnya. rentang nilanya adalah :
laminar Re < 2300
transient2300 < Re < 4000
turbulentRe > 4000
2.2 Aliran lapisan batas laminar
Batas laminar adalah aliran yang sangat halus, sedangkan lapisan batas turbulen mengandung pusaran atau "pusaran". Aliran laminar menciptakan gesekan gesekan kulit lebih sedikit daripada aliran turbulen, tetapi kurang stabil.
Aliran lapisan batas di atas permukaan sayap dimulai sebagai aliran laminar yang halus. Saat aliran berlanjut kembali dari tepi depan, lapisan batas laminar bertambah tebal.
2.3 Aliran lapisan batas turbulen
Pada jarak yang agak jauh dari tepi depan, aliran laminar halus rusak dan transisi ke aliran turbulen. Dari sudut pandang drag, disarankan untuk memiliki transisi dari aliran laminar ke turbulen sejauh mungkin di sayap, atau memiliki sejumlah besar permukaan sayap di dalam bagian laminar dari lapisan batas.
Namun, aliran laminar energi rendah cenderung rusak lebih mendadak daripada lapisan turbulen.
3.1 Pengaruh Lapisan Batas Terhadap Gaya Angkat dan Hambatan Lapisan batas tentunya memiliki parameter yg membuat pengaruh terhadap gaya hambat. Sebagai contoh kasus pada aliran yang mengalir pada suatu sudu juga mengalami lapisan batas. Secara teoritis aliran yang mengalir adalah laminar secara keseluruhan. namun pada kenyataannya setiap aliran yang mendapatkan hambatan seperti gesekan permukaan maka akan mengalami tegangan geser dan diferensiasi kecepatan. dan jiak semakin banyak gangguan yang dialami maka alirannya akan terus berubah sehingga menyebabkan aliran turbulen.
Gambar Kondisi Aliran Batas
Semakin banyaknya turbulen yang terjadi, maka lama kelamaan bisa menyebabkan vorteks. dimana vorteks ini merupakan fenomena alamiah penyebab terjadinya angin tornado.
Gambar Pengaruh Geometri Pada Aliran
Fluida yang mengalir pada suatu permukaan benda, baik aliran tersebut laminar maupun turbulen, maka partikel-partikel fluida di sekitar permukaan akan bergerak lambat akibat gaya viskos. Patikel-partikel fluida yang berdekatan ke permukaan menempel pada permukaan tersebut dan kecepatannya adalah nol relative terhadap batas. Partikel fluida yang lain berusaha bergerak lambat di atas partikel yang relatif diam tersebut sebagai akibat interaksi antara gerakan fluida yang cepat dan fluida yang lambat. Hal ini merupakan fenomena yang dapat meningkatkan gaya atau tegangan geser. Lapisan fluida yang kecepatannya terpengaruh oleh tegangan geser batas akibat viskositas disebut lapisan batas ( boundary layer ). Daerah yang melingkupi permukaan aliran, dimana tepat di bawah permukaan lapisan batas terdapat hambatan akibat pengaruh gesekan fluida dan tepat di atas lapisan batas aliran fluida adalah tanpa hambatan.
Gambar Simulasi Pergerakan Fluida
Ada 2 buah plat yang dipisahkan oleh fluida. Pada plat bawah diam, sedangkan pada plat atasnya bergerak dengan kecepatan U dan terdapat gaya P yang menggerakkan. Plat tersebut mempunyai luas penampang A. Gaya P menghasilkan shear stress. Shear stress dihasilkan oleh viskositas dinamis dikali kecepatan plat dibagi dengan jarak antar plat. Rumus shear stress :
U/b adalah laju perubahan angular fluida atau disebut juga gradien kecepatan. Karena adanya pesamaan diatas, antara lapisan fluida mempunyai kecepatan yang berbeda beda sebagai fungsi dari y, sehingga masing-masing lapisan fluida bergerak relative satu sama lain. Lapisan yang semakin dekat plat diam maka akan mempunyai kecepatan yang semakin kecil dan membentuk lapisan batas. Jadi, jika shear stressnya semakin besar maka lapisan batasnya juga semakin besar.
Lapisan batas adalah pendekatan untuk memperkirakan pada daerah viskos ( dalam lapisan batas ) dan non viskos ( luar lapisan batas ). Aliran non viskos adalah aliran yang tegangan geser adalah nol antara fluidanya. Namun, untuk aliran viskos tegangan geser diperhitungkan.
Gambar Pengaruh Geometri Terhadap Viscos
Fluida viscous dan inviscid dipisahkan oleh sebuahbatas yang dikenaldengan boundary layer.
Daerah yang beradadiantarapermukaanpadat (solid surface) dan boundary layer adalahdaerah yang dipengaruhi oleh efek viscous. Efek viscous inimemberikansumbanganterhadapadanyategangangeser (shear stress).
Profilkecepatanaliran pada
daerahinisemakinkecilakibatadanyategangangesertersebut,
haliniditunjukkan pada posisi x1 dan x2 pada posisiyC dan yC’
,dimanauc>uc’.
Daerah di atas boundary layer dikenalsebagaidaerah inviscid, dimana pada daerahtersebutefek viscous tidakada, sehinggategangangesernyadiabaikan.
Profilkecepatan di daerah inviscid adalah pada arah y adalahkonstan dan
harganyasamadengankecepatan freestream-nya (U
)Sebagaikonsekuensikondisitanpa slip (no-slip condition),
makaprofilkecepatanaliran pada posisi x1 dan x2 yang ditunjukkandengantitikA dan A’ berharga no
Lapisan Pembatas juga disebut juga fluida dengan aliran terhambat dan tebal lapisan pembatas itu dapat dinyatakan dengan δ. Mungkin lebih jelasnya dapat kita lihat pada gambar:
Gambar Simulasi Aliran Lambat.
Aliran diawali dengan aliran laminar yang menghasilkan lapisan batas laminar berupa kurva AB dengan distribusi bersifat parabolis. Aliran dilanjutkan dengan sifat turbulen dengan titik perubahan pada titik B.
Garis BC merupakan lapisan batas turbulen dengan distribusi bersifat logaritmis.
Sub lapisan laminar akan terbentuk apabila permukaan saluran relative halus dengan kecepatan rendah. Di dalam sub lapisan ini aliran bersifat laminar dan di atasnya merupakan zona peralihan dari laminar ke turbulen.
Lapisan batas turbulen CD dengan pola tertentu akan terbentuk apabila aliran seragam sepanjang saluran.
Tebal lapisan batas, δ: merupakan besaran jarak yang tegak lurus terhadap permukaan batas dimana kecepatan v1 sama dengan 99% dari kecepatan batas v0, dengan kurva distribusi kecepatan di lapisan batas berbentuk asimtotis.
Tebal perpindahan (displacement thickness), δ* :
Pengaruh lapisan batas terhadap aliran = perpindahan semu ke atas dari dasar saluran
Gambar Streamline Factor
TerjadinyaSeparasiBila momentum yang
digunakanuntukmenggerakkanfluidasudahtidakmampulagimengatasigayagesek dan tekananbalik (adverse pressure gradient) yang terjadi.
3.2 Koefisien Gesek
Koefisiengesekadalahgaya yang bekerja pada suatupermukaan yang
halusataupunkasarsehinggamenimbulkangesekan. Gaya
gersekmerupakanjumlahintraksimikroantarakeduapermukaan yang salingbersentuhan. Gaya gesekdibagimenjadi 2 yaitu :
3.2.1 Gaya Gesek Statis
merupakansuatugesekan yang terjadiantarakeduabendapadat yang tidakbergeraksatusama lain. Gaya gesekinidihasilkandarigaya yang diaplikasikansebelumbendatersebutmelakukangerakan.
FS = µs.N
Keterangan :
FS = gayagesekstatis µS = koefisiengesekstatis N = gaya normal W = N
N = m.g( gaya normal = massa x gravitasi)
3.2.2 Gaya gesekkinetis
Merupakangesekan yang dilakukan oleh keduabenda yang salingbergeraksecararelatifsatusama lain dan salingbergesekan.
Fk = µk .N
Keterangan :
Fk = gayagesekankinetis µk = koefisiengesekankinetis N = gaya normal
µk ˂ µs Fg= Fs atauFkBesarnyakoefisiengesekankinetisadalahtetap
Gambar contoh Benda dan gaya- gaya yang bekerja 3.2.3 Koefisien Drag
Drag yaituhambatandarialiran pada suatubenda. Drag inimerupakanhambatandarigesekansuatubenda dan hambataninidapatterjadi juga pada dinding pipa tempatmengalirnyafluida. Energiharusdiberikanuntukmengatasi drag sertauntukmempertahankangerakanrelatifantarabenda dan aliranfluidasertauntukmenghambatterjadinyadeformasi pada suatubenda yang disebabkan drag.
Perbedaanantaratekanantinggi di daerahstagnasi di depantekanan di daerahbelakangmemberikansumbanganseretan yang besar, yang disebaut drag tekanan. Iniditambahkan pada integrasitegangangeseratau drag gesekanbendatadi yang lebihrendah, dengan kata lain koefisien drag dapatdibagidalamduamacam :
a. Koefisien drag yang disebabkan oleh perbedaantekananantarabagian di depan dan di belakangbodidisebut pressure drag Persamaankoefisintekananadalah (Lee, et al.,2004) :
Dimana :
P = Tekananpermukaan (N/m2 ) P0 = Tekananstatislingkungan (N/m2 ) v∞ = Kecepatanaliranbebas (m/s) ρ = Densitasfluida (kg/m3 )
b. Koefisien drag yang disebabkan oleh
gesekanpermukaanbodidenganfluidadisebut friction drag. Gaya seret yang terjadi pada suatubendadalamaliranfluidamerupakanfungsi :
Dimana:
FD = m.g m = massa (kg) g = gravitasi (m/s2 )
4.1 Pengendalian Lapisan Batas
Pengendalian Lapisan Batas pada ilmu aerodinamika diperlukan untuk mengatur geometri sehingga dapat meminimalisirkan gaya hambat pada sistem aerodinamik. Banyak faktor yang mempengaruhi tersebut. Salah satunya bentuk geometri, jenis aliran, menentukan gaya hambat dan lain-lain.
Penemuan “boundary layer” ini sangat revolusioner dan memegang peranan penting dalam berbagai fenomena alam dan kehidupan kita sehari-hari.
Dari “boundary layer” lahir yang namanya aliran turbulensi. Orang awam biasanya meng-asosiasikan turbulensi dengan guncangan pesawat ketika sedang terbang, tetapi sebenarnya turbulensi bukanlah pesawat yang terguncang.
Turbelensi adalah keadaan dimana aliran fluida bergerak secara acak, tidak teratur, dan sangat energetik. Lawan dari turbulensi adalah “laminar”.
“Laminar” adalah keadaan dimana aliran suatu fluida sangat tenang, pelan dan teratur. Contoh perubahan dari “laminar” ke turbulent bisa dilihat pada asap rokok. Ketika seseorang merokok, dari ujung puntung rokok akan terlihat asap yang sangat tenang, teratur dan menarik. Aliran ini adalah “laminar”. Tetapi setelah aliran “laminar”, akan berubah menjadi turbulent. Gejala ini walaupun terlihat umum, tetapi ini merupakan fenomena fisika yang sangat kompleks.
Turbulensi semacam ini adalah fenomena alam yang ada dimana-mana, mulai putaran angin di gunung, aliran air di sungai, badai tornado, hingga gas pembentuk planet Bumi ini.
4.2 Aplikasi Lapisan Batas
Pada aplikasi teknik, turbulensi bisa dilihat di pompa air, aliran udara di permukaan sayap pesawat, aliran air di permukaan kapal selam, kincir angin atau kapal laut. Salah satu kegunaan utama aliran turbulensi adalah sebagai “heat mixer”. Turbulensi merupakan pembawa dan pencampur panas yang sangat baik dan efisien. Sebagai contohnya adalah kompor minyak dan kompor gas. Ketika kita memanaskan air dengan jumlah volume yang sama di kompor minyak, maka akan cenderung memakan waktu sangat lama untuk mencapai air mendidih.
Sebaliknya dengan kompor gas akan bisa memanaskan air lebih cepat. Ini dikarenakan tekanan gas dari kompor mentransfer panas lebih cepat. Contoh lain lagi sebagai bahan perbandingan adalah alat Las. Kita bisa lihat dan dengar dari suaranya, bahwa tekanan udara dari Las sangat tinggi, ini dikarenakan aliran
turbulensi dari gas tersebut. Fenomena “heat mixer” ini memiliki banyak kegunaan pada mesin jet, turbin tenaga, dan mesin mobil
Gambar Penggunaan Sistem aerodinamik Lapisan Batas
Walaupun fenomena turbulensi sangat menakjubkan dan berguna bagi kehidupan manusia, turbulensi memiliki efek yang merugikan, yaitu gaya gesek atau gaya hambatan (drag) atau lebih tepatnya disebut “skin friction drag”. Di bidang aerodinamika dan hydrodinamika terdapat dua tipe “drag”, yaitu “skin friction drag” dan “pressure drag”. Diantara dua tipe ini, “pressure drag” lebih mudah dipahami. “Pressure drag” terjadi karena bentuk benda, dan ini bisa diatasi dengan mengubah bentuk benda menjadi lebih aerodinamis (di udara) atau hydrodinamis (di air).
Contoh aplikasi yang lebih aerodinamis adalah pada desain mobil balap F1. Apabila kita bandingkan antara mobil F1 Ferrari tahun 1970-an dan tahun 2000-an, terlihat jelas bahwa desain aerodinamik F1 tahun 2000-an lebih baik.
Desain mobil balap F1 bisa dikatakan kebalikan dari pesawat. Apabila desain Aerodinamik pesawat adalah agar pesawat dapat memiliki daya angkat yang baik,
mobil balap F1 didesain untuk memiliki gaya tekan ke bawah yang lebih baik.
Contoh lain lagi, perubahan aerodinamik untuk mengurangi “pressure drag”
adalah di pesawat. Di jaman tahun 1940-an, pesawat moncongnya cenderung bulat dan sayapnya horizontal lurus, seperti pesawat P51 mustang misalnya, sementara pesawat tempur modern seperti F-16 Falcon ujungnya lancip dan sayap biasanya lebih ditarik kebelakang untuk mengurangi “pressure drag”.
Disisi lain, “Skin friction drag” lebih susah dipahami dan diatasi. “Skin friction drag” terjadi karena adanya aliran turbulensi atau “turbulence” di permukaan benda (permukaan sayap, kapal, dan kapal selam). Hukum Fisika menuntut adanya “skin friction drag”, walaupun semulus apapun , gaya gesek ini akan hadir. Apabila dipikir secara logika, mungkin akan tidak masuk akal, dari dahulu kita selalu berpikir apabila kita mendorong di jalan kasar dan di atas es maka akan lebih mudah di atas es. Tetapi tidak demikian dengan fluida, walaupun di atas es sekalipun, aliran air akan mengalami “skin friction drag”.
“Skin friction drag” yang diakibatkan oleh “turbulence” ini memakan energi yang sangat tinggi bagi kendaraan, . Diperkirakan 10 persen dari bahan bakar yang dipergunakan oleh pesawat terbuang sia-sia untuk melawan gaya gesek yang diakibatkan oleh turbulensi. Menurut Prof Ivan Marusicdari Melbourne University, apabila kita bias menghemat 10% tersebut dari seluruh pesawat di dunia, maka akan menghemat tagihan bahan bakar bensin sebesar $15 milyar per tahun.
