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

Content

PENDAHULUAN

HASIL DAN

PEMBAHASAN

KESIMPULAN DAN

SARAN

METODOLOGI

PENELITIAN

SIMULASI CFD

• Efisiensi Desain

• Hambatan Kapal

• Bulbous Bow

Title and Content Layout with Chart Latar Belakang

• 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?

Rumusan Masalah

• 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.

Tujuan

• 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.

Batasan Masalah

Studi Literatur awal • Bentuk-bentuk bulbous bow

• Pengaruh penggunaan bulbous bow

• Operational Software CFD • Perhitungan Hambatan • Analisa Hambatan • Konsep pengolahan data hasil penelitian sebelumnya oleh (Murdijanto, Utama,

Jamaluddin, 2011)

Pengidentifikasian Masalah Apa pengaruh penambahan elliptical bulb pada

model kapal monohull dari segi hambatan

viskos dan gelombang

Mulai

Metodologi Penelitian

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

Metodologi Penelitian

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 )

Metodologi Penelitian

Studi Literatur

RV RW RT

CV CW CT

Rumus Umum Hambatan :

R = 1

2 ρ Vs2 S C

Dimana :

ρ = Massa Jenis Air (Kg/m3)

Vs = Kecepatan kapal (m/s)

S = Luas Permukaan Basah (m2)

C = Koefisien Hambatan

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.

Import file IGES pada ICEM CFD

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

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

Langkah Pemodelan ICEM

Visualisasi Meshing

Simulasi 2 Fluida

Simulasi 1 Fluida

Model

Simulasi CFD 1 Fluida Mesh Info

Total Element : 1527102

Jumlah Node : 271623

Mesh Type : Tetra / Mixed

Mesh Method : Robust

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

Proses Running 1 Fluida

Simulasi CFD 2 Fluida

Mesh Info

Total Element : 1830690

Jumlah Node : 280414

Mesh Type : Tetra / Mixed

Mesh Method : Robust

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

Proses Running 2 Fluida

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

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

CT CV CW

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

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

Perbandingan Hasil Hambatan CFD

Cv

Cw

CT

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 hambatan adalah bulbous bow variasi panjang 4%Lwl (BB4)

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 hal ini sangat diperhatikan.

Visualisasi CFD Model Monohull BB2 Fr = 0.25

Visualisasi CFD Velocity BB2 Fr = 0.41

Thank You!