Studi Numerik pada Microbubble Generator Tipe Swirl Menggunakan Model Aliran Dua Fase dan Population Balance Method

ISKANDAR ALI MUBAROK, Prof. Dr. Ir. Indarto, DEA., IPM.; Prof. Dr. Ir. Deendarlianto, S.T., M.Eng.

2022 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Pada penelitian ini dilakukan simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) untuk mengetahui karakteristik aliran fase udara-air pada microbubble generator tipe swirl dan distribusi ukuran bubble pada bagian dalam tangki. Berdasarkan pengamatan visual dari eksperimen, interaksi fase udara-air di dalam dan di luar microbubble generator berbeda. Dengan demikian, simulasi dibagi menjadi dua bagian. Yang pertama adalah untuk mensimulasikan interaksi continuous-continuous dari udara-air di bagian dalam microbubble generator, sedangkan bagian lainnya adalah untuk mensimulasikan interaksi continuous-dispersed dari gelembung-gelembung udara di bagian dalam tangki. Karakteristik aliran seperti aliran swirl dan tekanan negatif diidentifikasi pada bagian pertama penelitian ini, sedangkan distribusi ukuran bubble ditentukan dari bagian kedua simulasi. Parameter seperti debit air dan swirl number mempengaruhi distribusi ukuran bubble yang dihasilkan oleh microbubble generator. Semakin tinggi debit air maka semakin kecil ukuran bubble dimana diperoleh nilai peak probability density function (PDF). Sementara swirl number yang lebih tinggi menghasilkan PDF yang lebih ramping dan lebih tinggi. Data pengukuran distribusi ukuran bubble dari eksperimen dibandingkan dengan hasil numerik yang didapat pada penelitian ini.

In this study, Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations were conducted to determine the flow characteristic of air-water phases in the swirl-type microbubble generator and bubble size distribution on the inside of the tank. Based on the visual observations from the experiment, the air-water phase interaction on the inside and outside of the microbubble generator is different. Thus, the simulation is divided into two sections. The first one is to simulate the continuous-continuous interaction of air-water on the inside of microbubble generator, while the other part is to simulate the continuous-dispersed interaction of air bubbles in water on the inside of the tank. Flow characteristics such as swirl flow and negative pressure was identified on the first part of this study, while the bubble size distribution was determined from the second part of simulation. It is appeared that parameters such as water flow rate and swirl number affect the bubble size distribution produced by microbubble generator. The higher water flow rate will decrease the size of bubble where the peak probability density function (PDF) value is obtained. While higher swirl number result in slimmer and higher PDF. The measurement data of the bubble size distribution from the experiment were compared with the numerical results obtained in this study.

Kata Kunci : microbubble generator, aliran swirl, komputasi dinamika fluida, eulerian-eulerian, population balance