Static Contact Angle Measurements of an Air-Water PMMA System and Visualisation of Horizontal Air-Water Flows in Straight Pipes through Various Flow Obstructions

KATYA DARA OZZILENDA SOEGIHARTO, Dr. Deendarlianto, S.T., M.Eng.; Dipl.-Ing. Paul Porombka

2018 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Belakangan ini, pengembangan model closure untuk metode CFD Eulerian-Eulerian yang berlaku untuk beberapa pola aliran multifase telah menjadi subjek penelitian di bidang industri. Simulasi berperan dalam merancang, namun data eksperimen juga diperlukan untuk memvalidasi model tersebut. Dalam suatu studi, data eksperimen pada aliran udara-air dalam pipa horizontal diperlukan, oleh karena itu dua percobaan dilakukan. Pengukuran sudut kontak statis (CA) dilakukan pada empat sampel polymethyl methacrylate (PMMA) yang bervariasi dalam kekasaran permukaan dan jari-jari kelengkungan untuk memahami bagaimana variasi ini mempengaruhi CA dari bahan yang sama. Menggunakan KRUSS DSA 100 dan software ADVANCE, permukaan yang lebih kasar menghasilkan CA yang lebih rendah daripada versi yang lebih halus, dan permukaan cekung menunjukkan CA intrinsik yang sama dengan permukaan datar. Selain itu, pengamatan dilakukan pada efek dari orifice, sudden expansion dan S-bend terhadap empat pola aliran udara-air horisontal di pipa lurus. Video berkecepatan tinggi ditangkap dan diamati. Semua penghalang menghasilkan transisi aliran lokal di sekitarnya dan tepat setelah obstruksi, kecuali untuk aliran smooth stratified melewati S-bend yang diposisikan secara vertikal.

Lately, the development of closure models for the Eulerian-Eulerian CFD method applicable to multiple multiphase flow regimes has been a subject of research in the industrial field. While simulations play a role in designing, experimental data is also needed to validate such models. In one study, experimental data on horizontal air-water flows in straight pipes is required, therefore two experiments were carried out. Static contact angle (CA) measurements were performed on four polymethyl methacrylate (PMMA) samples varying in surface roughness and curvature radius to understand how these variations affect the CA of the same material. Using KRUSS DSA 100 and ADVANCE software, the rougher surfaces resulted in a lower CA than the smoother version, and the concave surface showed the same intrinsic CA as the flat surface. In addition, observations were made on the effects of an orifice, a sudden expansion and an S-bend towards four regimes of air-water horizontal flows in a straight pipe. High-speed videos were captured and observed. All obstructions resulted in local flow transitions at the vicinity and immediately beyond the obstruction, except for a smooth stratified flow passing through a vertically-positioned S-bend.

Kata Kunci : Contact angle, polymethyl methacrylate, horizontal air-water flow, orifice, sudden expansion, S-bend