Simulasi Numerik Pengaruh Geometri Nozzle Terhadap Thrust dan Pola Aliran Propeler Kapal

Muhammad Ramadhani Suryolaksono, Ir. M. Agung Bramantya, S.T., M.T., M.Eng., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2023 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Propeler merupakan salah satu jenis penggerak yang paling umum digunakan pada kapal. Ducted propeller merupakan salah satu modifikasi yang dilakukan terhadap propeler dengan menambahkan duct/nozzle. Penggunaan ducted propeller bertujuan untuk meningkatkan gaya dorong (thrust), meningkatkan efisiensi propeler hingga mengurangi getaran dan noise pada propeler

Pada penelitian ini dilakukan simulasi numerik menggunakan software ANSYS Fluent dengan model penyelesaian k-epsilon untuk menganalisis pengaruh geometri duct dengan parameter rasio panjang duct dan diameter duct (Ld/D). Simulasi dilakukan pada tiga variasi nilai rasio Ld/D, yakni 0,4; 0,5; dan 0,6 dengan tiga variasi kecepatan putaran propeler 1.000, 3.000, dan 5.000 rpm. Analisis yang dilakukan adalah dengan membandingkan nilai thrust dan pola aliran yang dihasilkan pada tiap variasi duct yang digunakan.

Dari hasil penelitian ini, didapatkan bahwa peningkatan nilai rasio Ld/D meningkatkan thrust yang dihasilkan. Rasio Ld/D 0,6 menghasilkan thrust tertinggi dengan nilai 82,23; 726,47; dan 1.904,05 N pada kecepatan putaran propeler 1.000, 3.000, 5.000 rpm. Pada rasio Ld/D 0,6 juga ditemukan pola aliran fluida yang lebih terpusat, sehingga dapat dihasilkan thrust yang lebih tinggi dibanding dua variasi geometri duct lainnya. Peningkatan kecepatan putaran propeler juga meningkatkan thrust yang dihasilkan. Pada kecepatan putaran 5.000 rpm didapatkan thrust terbesar pada tiap variasi rasio Ld/D, yakni 1.463,27; 1.848,04; dan 1.904,05 N.

Propeller is one of the most popular ship driving force. Ducted propeller is a method on the propeller modification using duct/nozzle as an augmentation. Ducted propeller application is aimed to increase propeller thrust, increase propeller efficiency, and decrease propeller noise and vibration.

In this research, a numerical simulation was conducted using ANSYS Fluent software with k-epsilon solver model. The aim of this research is to analyze the effect of the duct geometry using Ld/D (duct length/duct diameter) ratio. The simulation was done on three Ld/D ratio variations at three different propeller angular velocity (1000, 3000, 5000). The analysis focused on thrust value and flow pattern for each duct variant.

The result of this research showed that duct with 0.6 Ld/D ratio variation produced highest thrust force at 82.23, 726.47, and 1904.05 N on 1000, 3000, 5000 rpm propeller angular  velocity, respectively. At this Ld/D ratio value, the flow pattern tended to be more converged than the other two variants. Propeller thrust also increased on higher propeller angular velocity. The highest thrust produced was found at 5000 rpm angular velocity with 1463.27, 1848.04, 1904.05 N at 0.4, 0.5, and 0.6 Ld/D ratio variation.

Kata Kunci : ducted propeller, nozzle, rasio Ld/D, simulasi numerik, thrust