cfd wind

7/26/2019 CFD wind

1/10

MAGISTER TEKNIK MESIN KONVERSI ENERGIFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

ANALISIS AXIAL FLOW PADA BLADE TURBINE

GAS MENGGUNAKAN SOFTWARE BERBASIS CFD

Agus Trisasmita

S2 Teknik Mesin Konversi Energi

Universitas Trisakti

1.

DIAGRAM ALIR TAHAPAN SIMULASI

M

Pembuatan

Pembuatan Meshing

Meshing

Membuat

Membuat

Menentukan

Melaksanakan

Menampilka

Selesai

7/26/2019 CFD wind

2/10


A. Geometri

Hal yang pertamakali dilakukan sebelum melakukan penelitian menggunakan

simulasi yaitu dengan pembuatan geometri benda yang akan diuji dengan ukuran yang

diinginkan. Dalam simulasi ini hanya menggunakan satu rotor dan stator blade. Blade rotor

diasumsikan berputar dengan kecepatan putaran 1800 rpm. Udara masuk pada sisi rotor blade

dan keluar pada stator blade dengan tekanan yang konstan.

Gambar 1. Geometri Rotor dan Stator Blade

B. Meshing

Meshing adalah proses dimana geometri secara keseluruhan dibagi-bagi dalam

elemen-elemen kecil. Elemen-elemen kecil ini nantinya berperan sebagai kontrol surface atau

volume dalam proses perhitungan yang kemudian tiap-tiap elemen ini akan menjadi inputan

untuk elemen disebelahnya. Hal ini akan terjadi berulang-ulang hingga domain terpenuhi.

Dalam meshing elemen-elemen yang akan dipilih disesuaikan dengan kebutuhan dan bentuk

geometrinya. Untuk membuat mesing digunakan sofwere Gambit 2.4.6.

7/26/2019 CFD wind

3/10


Gambar 2. Hasil meshing yang sudah di import ke Fluent 6.3

C. Membuat Kondisi Batasan (Boundary Condition)

Boundary condition merupakan definisi dari zona-zona yang telah terdefinisi

sebelumnya pada aplikasi gambit. Dalam fluent nilai-nilai dan karateristik dari masing-

masing boundary dapat didefinisikan daengan inputan sesuai yang diinginkan peneliti.

Untuk rotor blade motion type moving referance frame dengan rational velocity 1800

rpm dan fluida yang mengalir berupa udara dengan intensitas aliran tubulen sebesar 1%.

sedangkan batasan untuk pressure inlet stator akan secara otomatis ditetapkan berdasarkan

parameter dari rotor outlet.

keseimbangan radial digunakan untuk mensimulasikan distribusi tekanan yang ada

karena rotasi sesuai dengan

Dimana v adalah kecepatan tangensial. Ini adalah pendekatan yang baik untukkonfigurasi

aliran aksial dengan aliran yang relatif stabil. (yaitu, sedikit perubahan dalam radius dari inlet

menuju keluar).

=

7/26/2019 CFD wind

4/10


D. Menentukan Parameter Perhitungan Numerik

Langkah selanjutnya yaitu menentukan parameter numerik yang akan digunakan

seperti kontrol solusi, melakukan initialize awal, monitor residual, dan kemudian melakukan

proses iterasi simulasi. Proses iterasi akan berhenti setelah terjadi konvergensi.

Gambar 3. Hasil dari proses iterasi berupa gravik residual

Untuk banyaknya interasi ditentukan berdasarkan mass flow rate hingga mencapai nilai

konstan.

Gambar 4. Mass flow Rate Konstan pada Iteartion 1200

7/26/2019 CFD wind

5/10


Meskipun mass flow rate history menunjukan bahwa solusi sudah konvergen, mass

fluxes juga harus di periksa untuk memastikan massa terpelihara/continue. Flux untuk

bagian-bagian rotor dan stator yang telah dimodelkan berbeda, namun fluxs untuk

keseluruhan yaitu dengan jumlah rotor 9 blade dan stator 12 blade hasilnya hampir sama.

sekitar 0,23274 kg / s (0,02586 9 baling-baling), dibandingkan sekitar 0,23328 kg / s

(0,01944 12 stator pisau).

E. Menampilkan hasil simulasi

Setelah mencapai konvergensi dari solusi, maka tahap selanjutnya adalah tahap untuk

melihat hasil simulasi yang telah dilakukan. Dalam melihat hasil simulasi dari fluent dapat

dilakukan dengan berbagai cara, dilihat secara keseluruhan maupun target tertentu saja

dengan menetukan bidang, garis atau titik pengamatan.

Yang akan diteliti pada simulasi kali ini adalah letak pressure yang paling tinggi pada

blade, velocity vector yang mengalir pada blade dan memprediksi aliran steady-state pada

turbin gas dengan material fluida udara dan arah aliran axial, dimana efek interaksi lokal

seperti jalur udara pada blade dan interaksi gelombang kejut pada blade. Jika efek lokal

tersebut penting maka diperlukan perhitungan.

2. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini akan membahas hasil analisa dimensional mengenai velocity vector, aliran

steady-state dan pressure pada blade rotor dan stator. Untuk mengetahui hal tersebut maka

perlu dilakukan simulasi dengan menggunakan sofware CFD, perubahan dari variabel-

variabel fungsi yang berpengaruh terhadap velocity dan pressure akan dilakukan

menggunakan CFD. Karena dalam modeling perubahan bentuk geometri lebih mudah

dilakukan, efisiensi waktu dan hemat biaya dibandingkan dengan simulasi secara langgsung.

7/26/2019 CFD wind

6/10


Gambar 5. Contours of Total Pressure for the Rotor Blade

Bila diperhatikan pada gambar 4 diatas pressure tertinggi terjadi di tepi dari blade

rotor degan nilai hingga 500 pascal. Pressure tertinggi pada daerah tersebut dikarenakan

gerakan rotor blade yang berputar dengan kecepatan 1800 rpm.

Percobaan ini menunjukan penggunaan dari mixing plane model untuk tipe

konfigurasi aliran aksial pada gas turbine. Mixing plane model berguna untuk memprediksi

aliran steadysate dalam gas turbine, dimana efek interaksi lokal seperti gelombang kejut

sangat pentig untuk diteliti karena jika terjadi ketidaksesuaian yang dapat menyebabkan

kegagaln dalam sistem maka diperlukan perhitungan ulang.

7/26/2019 CFD wind

7/10


Gambar 6 : Velocity Vectors on y=0.12 Near the Staor Blade

Jika dilihat dari velocity vector dengan arah aliran axial inlet pada stator turbine garis

vector terjadi penumpukan pada ujung permukaan blade stator yang berputar searah jarum

jam. Oleh karena itu pada daerah tersebut yang paling banyak mengalami kerusakan berupa

dent, crack, bahkan rompal pada sudu turbin. Ditambah lagi dengan kerja turbin pada

temperatur dan putaran yang tinggi menyebabkan fluida seakan-akan menghantam pada

bagian bagian tersebut.

A. Refrensi dari journal lain

1. Chris Kaminsky*, Austin Filush*, Paul Kasprzak* and Wael Mokhtar** 2012

A CFD Study of Wind Turbine AerodynamicsDepartment of Mechanical Engineering

Grand Valley State University Grand Rapids, Michigan 49504.

7/26/2019 CFD wind

8/10


Gambar 7. 2D Airfoil Pressure Distribution for 15 degrees at 15 mph

Gambar 8. 3D Airfoil Pressure Distribution for 15 degrees at 15 mph

Journal diatas merupakan penelitian dari Chris Kaminsky*, Austin Filush*, Paul

Kasprzak* dan Wael Mokhtar. Journal tersebut meneliti pengaruh sudut kemiringan sudu

turbin angin , dan kecepatan angin terhadap distribusi pressure dan velocity yang terjadi pada

sudu turbin. Hasil menunjukan bahwa dengan sudut kemiringan sudu sebesar 15, pressurterbesar terletak pada bottom sudu dengan pressure mencapai 31.640 Pa.

7/26/2019 CFD wind

9/10


2. Durga Charan Panigrahi1 and Devi Prasad Mishra, 2014, CFD Simulations For The

Selection Of An Appropriate Blade Profile For Improving Energy Efficiency In Axial Flow

Mine Ventilation Fans Department of Mining Engineering, Indian School of Mines

(Dhanbad, Jharkhand, India).

Gambar 9. Contours of Static pressure

7/26/2019 CFD wind

10/10


3. LAMPIRAN

Kerusakan pada blade karena pressure

Pembubutan pada blade dikarenakan terdapat dent akibat pressure

cfd wind

Documents