SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD) DINAMIKA FREKUENSI GELOMBANG PADA ALIRAN DUA FASA CAMPURAN MINYAK TANAH-AIR DALAM PIPA HORIZONTAL

ERIK REKAYANA, Adhika Widyaparaga, S.T., M.Biomed.E., Dr.Eng.

2020 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Aliran minyak-air dalam pipa akan membentuk pola aliran beragam tergantung dari kondisi perpipaan dan properti fluida. Salah satu pola aliran yang terbentuk adalah aliran stratified wavy. Fokus penelitian ini adalah melakukan simulasi komputasi dinamika fluida (CFD) untuk menganalisa karakteristik tebal film dan frekuensi gelombang dalam aliran stratified wavy yang tervalidasi dengan hasil penelitian eksperimen. Simulasi menggunakan pipa horizontal dengan diameter 24 mm dan panjang 1200 mm. Simulasi menggunakan Ansys Fluent 19 dengan model multiphase Eulerian multi-fluid VOF dan shear stress transport (SST) k-ω. Pada penelitian ini, simulasi mengaktifkan turbulence damping untuk memprediksi antramuka minyak dan air lebih tajam. Hasil simulasi akan diubah kedalam bentuk video dan kemudian akan dianalisa dengan MATLAB menggunakan metode image processing agar diperoleh nilai tebal film dan frekuensi gelombang. Analisis dilakukan pada delapan kecepatan superfisial minyak maupun air. Pengamatan dilakukan di dua titik yaitu titik 240 mm (10D) dan 960 mm (40D). Hasil simulasi menunjukkan rata-rata tebal film cenderung menurun seiring meningkatnya kecepatan superfisial minyak. Terdapat rata-rata deviasi sebesar 15% dari enam belas data pengamatan tebal film di dua titik pengamatan jika dibandingkan dengan hasil eksperimen. Frekuensi gelombang mengalami kenaikan seiriing dengan kenaikan kecepatan superfisial minyak maupun air. Frekuensi gelombang menurun ketika titik pengamatan semakin jauh dari daerah masuk fluida. Karakteristik ini tervalidasi dengan hasil eksperimen sebelumnya.

The oil-water flow in the pipeline will form various flow patterns depending on piping conditions and fluid properties. One of the flow patterns formed is stratified wavy flow. The focus of this research is conducting a computational simulation of fluid dynamics (CFD) to analyze the characteristics of film thickness and wave frequency stratified wavy flow validated with experimental research results. The simulation uses a horizontal pipe with a diameter of 24 mm and a length of 1200 mm. The simulation uses Ansys Fluent 19 with Eulerian multi-fluid VOF multiphase models and shear stress transport (SST) k-ω. In this study, the simulation activates turbulence damping to predict sharper air and water interface. The simulation results will be converted into video format and then will be analyzed with MATLAB using image processing methods to obtain the value of film thickness and wave frequency. Analyzes were carried out at eight superficial speeds of oil and water. Observations were made at two points, 240 mm (10D) and 960 mm (40D). Simulation results show the average thickness of the film tends to decrease with increasing oil superficial speed. There is an average deviation of 15% from sixteen observations of film thickness at two points of observation when compared with experimental results. The frequency of the waves increases with the superficial velocity of oil and water. The frequency of the waves decreases when the observation point is farther from the fluid inlet area. This characteristic was validated with the results of previous experiments.

Kata Kunci : computational fluid dynamics (CFD), eulerian multi-fluid VOF, image processing, startified wavy, frekuensi gelombang