STUDI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS KARAKTERISTIK ALIRAN DAN TORSI PADA ALIRAN TAYLOR-COUETTE-POISEUILLE

BUDI NUGRAHA, Ir. Sutrisno, MSME., Ph.D

2014 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Aliran fluida di antara dua buah silinder kosentris dengan silinder dalam berputar atau aliran Taylor-Couette telah banyak diteliti secara eksperimen maupun numerik. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh penambahan aliran aksial terhadap karakteristik pola aliran dan torsi pada aliran Taylor-Couette dengan metode computational fluid dynamics (CFD). Penelitian dilakukan pada parameter geometris radius ratio 0,714 dan aspect ratio 10 dengan variasi bilangan Reynolds melingkar 49 sampai 3144 dan bilangan Reynolds aksial 8 sampai 63. Proses penelitian menggunakan paket software Fluent 6.3. Domain komputasi tiga dimensi diselesaikan menggunakan skema diskritisasi QUICK dan algoritma SIMPLE. Aliran transisi dimodelkan dengan model turbulensi k – ω transitional. Hasil penelitian menunjukkan adanya pengaruh aliran aksial pada aliran Taylor-Couette akan membentuk pola aliran Couette-Poiseuille laminar; aliran Taylor vortex merambat; aliran helical vortex merambat; aliran Taylor vortex diam; dan aliran helical vortex diam. Penambahan aliran aksial juga menunjukkan pengaruh berupa penurunan nilai torsi seiring dengan kenaikan bilangan Reynolds aksial. Besarnya torsi merupakan fungsi bilangan Reynolds melingkar dan bilangan Reynolds aksial. Pengaruh aliran aksial terhadap torsi dalam penelitian ini dapat dinyatakan dengan persamaan korelasi koefisien gesek tangensial; .

Flow between two concentric cylinders with inner cylinder rotating, also known as Taylor-Couette flow, has long been the subject of experimental and numerical investigation. The objective of present research is to analyze effect of axial flow on flow pattern and torque characteristic in Taylor-Couette flow using computational fluid dynamics (CFD) method. Research set on radius ratio 0.714 and aspect ratio 10 with varying tangential Reynolds number 49 - 3144 and axial Reynolds number 8 - 63. The commercial software Fluent 6.3 was used to solve three dimensional computation domain with employing QUICK discretisation scheme and SIMPLE algorithm. Transitional flow was modeled with k – ω transitional model. The results show that effect of axial flow on Taylor-Couette flow was formed flow pattern; laminar Couette-Poiseuille flow, propagation Taylor vortex flow, propagation helical vortex flow, stationary Taylor vortex flow and stationary helical vortex flow. Effect of axial flow also showed reduction on torque as function of tangential Reynolds number and axial Reynolds number. This relation written in term of tangential friction coefficient; .

Kata Kunci : Taylor-Couette dengan aliran aksial, koefisien gesek tangensial, helical vortex, CFD