Analisa Laju Entrainment Pada Aliran Air Mancur Dengan Metode Computational Fluid Dynamics (CFD)
DOI:
https://doi.org/10.52436/1.jpti.798Keywords:
aliran turbulen, Computational Fluid Dynamics (CFD), distribusi densitas, laju aliranAbstract
Penetratif entrainment pada aliran air mancur transisi dan turbulen merupakan fenomena penting yang memengaruhi efisiensi energi dan distribusi massa dalam berbagai aplikasi teknik, seperti sistem pendinginan dan rekayasa lingkungan. Permasalahan utama dalam studi ini adalah kurangnya pemahaman kuantitatif mengenai mekanisme entrainment pada kondisi aliran dengan variasi densitas dan kecepatan yang kompleks. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi laju aliran entrainment penetratif menggunakan pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD). Simulasi dilakukan dalam ruang berdimensi 40 cm × 30 cm × 20 cm dengan pemodelan mesh tetrahedral, menghasilkan 21.839 node dan 81.742 elemen. Dua inlet dengan densitas berbeda digunakan: 997 kg/m³ pada ketinggian 18 cm dan 1.100 kg/m³ pada ketinggian 0 cm, guna merepresentasikan kondisi transisi hingga turbulen. Hasil simulasi menunjukkan bahwa laju entrainment meningkat signifikan seiring kenaikan bilangan Reynolds. Pada outlet (ketinggian 0 cm), diperoleh densitas 1.021,2 kg/m³, laju aliran volumetrik 26.729,3 mm³/s, dan bilangan Reynolds sebesar 1.381,91, yang mengindikasikan kondisi aliran laminar. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme entrainment lebih didominasi oleh difusi massa daripada turbulensi dalam kondisi ini. Penelitian ini memberikan gambaran tentang pengembangan sistem yang efisien untuk aplikasi dengan aliran rendah hingga menengah. Implikasinya, desain sistem pendinginan dan pengolahan air dapat dioptimalkan dengan mempertimbangkan karakteristik entrainment pada berbagai kondisi aliran
Downloads
References
W. Imran, K. E. Kakosimos, O. Srour, and L. N. Véchot, “Nomograph derivation for underwater sour gas releases in shallow waters based on computational fluid dynamics simulations,” Process Saf. Environ. Prot., vol. 189, no. June, pp. 745–755, 2024, doi: 10.1016/j.psep.2024.06.053.
A. Huber, W. Tang, A. Flowe, B. Bell, K. Kuehlert, and W. Schwarz, “Development and applications of CFD simulations in support of air quality studies involving buildings,” 13th Jt. Conf. Appl. Air Pollut. Meteorol. with Air Waste Manag. Assoc., pp. 223–229, 2004.
P. V. Nielsen, “Fifty years of CFD for room air distribution,” Build. Environ., vol. 91, pp. 78–90, 2015, doi: 10.1016/j.buildenv.2015.02.035.
I. Olmedo, P. V. Nielsen, M. Ruiz de Adana, R. L. Jensen, and P. Grzelecki, “Distribution of exhaled contaminants and personal exposure in a room using three different air distribution strategies,” Indoor Air, vol. 22, no. 1, pp. 64–76, 2012, doi: 10.1111/j.1600-0668.2011.00736.x.
K. Mohammadzadeh, S. H. Hashemabadi, and S. Akbari, “CFD simulation of viscosity modifier effect on cutting transport by oil based drilling fluid in wellbore,” J. Nat. Gas Sci. Eng., vol. 29, pp. 355–364, 2016, doi: 10.1016/j.jngse.2015.11.011.
E. V. P. J. Manjula, W. K. H. Ariyaratne, C. Ratnayake, and M. C. Melaaen, “A review of CFD modelling studies on pneumatic conveying and challenges in modelling offshore drill cuttings transport,” Powder Technol., vol. 305, pp. 782–793, 2017, doi: 10.1016/j.powtec.2016.10.026.
E. I. Epelle and D. I. Gerogiorgis, “A multiparametric CFD analysis of multiphase annular flows for oil and gas drilling applications,” Comput. Chem. Eng., vol. 106, pp. 645–661, 2017, doi: 10.1016/j.compchemeng.2017.08.011.
P. P. Jati and A. Widyaparaga, “Simulasi CFD Dinamika Kecepatan Gelombang Aliran Stratified Wavy Dua Fasa Minyak-Air pada Pipa Horizontal,” J. Mech. Des. Test., vol. 3, no. 1, p. 1, 2021, doi: 10.22146/jmdt.56417.
Q. Wang, L. Ding, Z. Xue, T. Chen, X. Pan, and M. Short, “Bubble plume dispersion from underwater gas leakage: An experimental and dimensionless modelling study,” Appl. Ocean Res., vol. 153, no. October, p. 104305, 2024, doi: 10.1016/j.apor.2024.104305.
Y. Tominaga and T. Stathopoulos, “Ten questions concerning modeling of near-field pollutant dispersion in the built environment,” Build. Environ., vol. 105, pp. 390–402, 2016, doi: 10.1016/j.buildenv.2016.06.027.
Ahmad Maksum, Gun Gun Ramdlan Gunadi, Faiz Irza Ramadhan, and Candra Damis Widiyawaty, “Desain Fully Welded Plate Heat Exchanger untuk Pemanfaatan Asap Pirolisis dengan Metode Computational Fluid Dynamic (CFD),” J. Mek. Terap., vol. 5, no. 1, pp. 8–15, 2024, doi: 10.32722/jmt.v5i1.6268.
A. B. Prasetiyo, F. Fauzun, A. A. Azmi, and R. I. Yaqin, “Studi Numerik Kontur Pola Aliran Fluida Pendinginan Pada Mold Injeksi Molding,” Infotekmesin, vol. 12, no. 1, pp. 104–109, 2021, doi: 10.35970/infotekmesin.v12i1.493.
B. Jalaali and E. Kumolosari, “Simulasi aliran dua fase pada campuran air-minyak di pipa horizontal dengan parameter termal,” Angkasa J. Ilm. Bid. Teknol., vol. 13, no. 2, pp. 113–122, 2021, doi: 10.28989/angkasa.v13i2.1042.
A. H. Sitepu, M. R. Alwi, S. Hariyanto, M. I. Nikmatullah, and M. I. Nur, “Analisis Efektivitas Heat Exchanger Type Shell and Tube Menggunakan CFD,” J. Ris. Teknol. Terap. Kemaritiman, vol. 3, no. 1, pp. 1–7, 2024, doi: 10.25042/jrt2k.062024.01.
D. Almuchizzun et al., “Analisis Desain Blade Turbin Air Mikrohidro Archimedes Screw Terapung Berbasis CFD,” Danial & Wicaksono, vol. 4, no. 1, pp. 24–29, 2023.
I. Solihat, A. S. Prasetyo, P. Sebayang, A. P. Tetuko, A. M. Sebayang, and M. Nasrun, “Simulasi Numerik Sistem Water Oil Separator Menggunakan Software Dinamika Fluida,” Pist. J. Tech. Eng., vol. 5, no. 1, pp. 1–8, 2021, doi: 10.32493/pjte.v5i1.14718.
