Simulasi Aliran Slug Dan Plug Air-Udara Searah Pada Pipa Horizontal Dengan Fluent

Arief Setiawan, Dr. Eng. Khasani, S.T., M.Eng

2009 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Dalam industri sering dijumpai aliran dua-fasa. Salah satu metode yang mampu mendeskripsikan fenomena aliran dua fase adalah menggunakan CFD. Simulasi aliran slug dan plug dengan CFD ini bertujuan untuk membuat model 2D dan mengkaji mekanisme terjadinya pola aliran tersebut termasuk membahas perubahan sifat – sifat fisis yang menyertainya. Penelitian ini dilakukan dengan membuat model multifase 2D dan menentukan parameter – parameter yang terkait dengan menggunakan FLUENT. Model untuk simulasi aliran slug dibuat berdiameter 23,9 mm dengan panjang 3 m sedangkan untuk aliran plug dibuat sepanjang 1 m dengan diameter yang sama. Kondisi operasi dibuat ideal dan tidak ada slip pada dinding pipa. Setelah dilakukan simulasi, didapatkan grafik – grafik yang menggambarkan distribusi fraksi volume, kecepatan, tekanan dan turbulensi untuk masing – masing pola aliran. Penelitian ini juga membandingkan pengaruh perubahan fraksi volume terhadap penurunan tekanan yang terjadi. Dari simulasi ini dapat disimpulkan bahwa fraksi volume akan bervariasi sepanjang pipa tergantung pola aliran yang terjadi. Pada aliran slug, fraksi volume rata – rata udara cenderung turun sedangkan pada aliran plug terjadi sebaliknya. Selain itu tekanan statis kedua pola aliran tersebut akan turun. Penurunan tekanan pada airan plug didapat pada fraksi volume 0,2 sedangkan pada aliran slug penurunan makin besar seiring dengan kenaikan fraksi volume. Semua hasil di atas didapat jika tepat memilih model multifase pada FLUENT.

Two-phase flow is frequently encountered in industrial settings. Computational Fluid Dynamics (CFD) is one method capable of describing two-phase flow phenomena. This study simulates slug and plug flows using CFD to develop 2D models and analyze the mechanisms behind these flow patterns, including the associated changes in physical properties. The research involved creating 2D multiphase models and defining relevant parameters using FLUENT. The model for slug flow simulation featured a diameter of 23.9 mm and a length of 3 m, while the plug flow model was 1 m long with the same diameter. Ideal operating conditions were assumed, and a no-slip condition was applied at the pipe walls. Following the simulations, graphs were generated to illustrate the distributions of volume fraction, velocity, pressure, and turbulence for each flow pattern. The study also compared the effect of varying volume fractions on the resulting pressure drop. The simulations indicate that the volume fraction varies along the pipe depending on the flow pattern. In slug flow, the average air volume fraction tends to decrease, whereas the opposite occurs in plug flow. Additionally, static pressure decreases in both flow patterns. For plug flow, a pressure drop was observed at a volume fraction of 0.2, while for slug flow, the pressure drop increased as the volume fraction rose. These results are contingent upon the correct selection of the multiphase model within FLUENT.

Kata Kunci : CFD, FLUENT, plug flow, slug flow