Difference between revisions of "Turbulent Pipe Flow Properties, Example 8.4, FFM, Munson et. al"

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search
(Artikel 6 : Kecepatan pada Aliran Turbulen)
Line 100: Line 100:
  
 
Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi (1906435510)
 
Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi (1906435510)
 +
 +
==Artikel 07: Hubungan Tegangan Geser Terhadap Viscous Sublayer pada Aliran Turbulen==
 +
 +
Dalam aliran turbulen yang fully developed, terdapat tiga daerah yaitu: viscous sublayer, daerah overlap, dan lapisan turbulen luar. Pada viscous sublayer, tegangan geser viskos lebih dominan dibanding turbulent stress. Viscous sublayer itu sendiri merupakan besaran tak berdimensi, dapat ditulis sebagai yu*/v, dimana y adalah jarak dari dinding, v adalah kinematic viscousity, dan u* adalah kecepatan friksi. Satuan u* adalah m/s, namun sebenarnya kecepatan friksi ini bukanlah kecepatan pada umumnya. Kecepatan friksi ini adalah sebuah satuan yang kebetulan mempunyai dimensi yang sama dengan kecepatan. Rumusnya adalah (τw/ρ)^0.5. Dari definisi kecepatan friksi, terdapat hubungan antara tegangan geser dengan viscous sublayer. Semakin besar tegangan fluida pada dinding, semakin besar juga viscous sublayer yang terbentuk. Secara teoritis, nilai viscous sublayer sangat sulit didapatkan. Maka kebanyakan nilai viscous sublayer didapat dari hasil eksperimen.
 +
 +
oleh: Edward Joshua Patrianus Mendrofa (1806233354)

Revision as of 11:18, 15 April 2020

Studi kasus dan Terjemahannya

Turbulent Pipe Flow Properties.png

(Ref. Fundamentals of fluid mechanics, Munson et. al., 6th ed., John Wiley & Sons)

Terjemahan

Diketahui

Air pada suhu 20 ⁰C (ρ = 998 kg/m³ dan ν = 1,004 × 10⁻⁶ m²/s) mengalir pada pipa horizontal berdiameter 0,1 m dengan laju alir Q = 4 × 10⁻² m³/s dan gradian tekanan sebesar 2,59 kPa/m.

Ditanyakan

a. Tebal sub-lapisan viskos (δs).

b. Kecepatan pada bagian tengah (centerline) pipa (Vc), r = 0,05 m.

c. Perbandingan antara tegangan geser turbulen dan tegangan geser laminer (τturblam) antara bagian tengah (centerline) pipa dengan dinding pipa, r = 0,025 m.

Artikel 1 hasil diskusi : Pengaruh Sub-Layer Viskos terhadap Aliran pada Pipa

Konsep mekanika fluida yang digunakan dalam soal ini adalah tentang sub-lapisan viskos. Sub-lapisan viskos sendiri merupakan sebuah lapisan tipis pada aliran sekat dinding pipa yang lebih didominasi oleh tegangan laminer dibanding tegangan turbulen. Dari pernyataan tersebut dapat diasumsikan bahwa sub-lapisan viskos ini merupakan lapisan dengan tegangan turbulen sangat kecil yang mana tegangan turbulen nantinya akan menimbulkan panas dan pressure drop yang tingg yang bersifat merugikan sehingga jika sub-lapisan viskos ini lebih tebal maka kerugian yang akan ditimbulkan pada aliran akan semakin kecil.


Aplikasi dari konsep ini adalah pada saat mendesain pipa, kita dapat merekayasa ketebalan dari sub-layer viskos ini untuk mengurangi kerugian yang ditimbulkan oleh tegangan turbulen.


Ahmad Mohammad Fahmi (1806181836)

Artikel 2 Pengaruh Ketebalan Viscous Sublayer Terhadap Pressure Drop Pada Aliran Turbulent

Viscous Sublayer adalah lapisan yang memiliki tegangan turbulen yang kecil dimana tegangan tubulen akan menimbulkan efek panas dan menyebabkan pressure drop pada alira fluida. Sublayer viscous adalah lapisan tipis yang terbentuk akibat hubungan antara kecepatan turbulen (kecepatan rata – rata ditambah kecepatan local) dengan kecepatan gesek.

Hitung5a.Jpg

Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa semakin besar tegangan geser dinding terhadap fluida maka sublayer akan semakin tipis. Semakin tebal sublayer akan menyebabkan pressure drop akan semakin tinggi hal ini akan merugikan, karena akan menghabiskan banyak tenaga untuk mencapai jarak tertentu pada debit aliran tertentu.

Gandes Satria Pratama

1906435492

Artikel 3 hasil diskusi : Turbulen dan Pengaruhnya pada Aliran

Terdapat dua jenis aliran. Yakni laminer dan turbulen. Pada kehidupan sehari-hari, jenis aliran turbulen akan lebih umum ditemui dibanding laminer.

Yang khas dari aliran turbulen adalah karakteristiknya yang cenderung acak. Hal ini terjadi baik pada kecepatan, pressure, shear stress, temperatur, dan variabel-variabel lain yang memiliki medan. Selain itu, aliran turbulen di sebabkan oleh vorticity 3 dimensi yang juga bergerak acak. Vorticity adalah perputaran partikel fluida.

Dapat di highlight pula, bahwa pada aliran turbulen, shear stress dan pressure drop akan jauh lebih tajam dibanding dengan aliran laminer.

Hal ini disebabkan karena sublayer viskos pada aliran turbulen sangat tipis. Kondisi ini menyebabkan ketidak sempurnaan dari dinding pipa akan masuk ke sublayer dan memengaruhi karakteristik aliran.

Viskos sub layer adalah lapisan tipis dekat dinding yg kontak langsung dengan dinding aliran fluida pd aliran turbulen dgn turbulensi minimal yg nantinya energi turbulen itu diubah mnjadi energi panas.

Aliran turbulen fully developed pada pipa juga merupakan aliran axisymmetric. Yang berarti pola aliran identik pada setiap bidang yang melewati suatu garis lurus.


-Elita Kabayeva, 1906435486-

Artikel 4 hasil diskusi : Viscous Sublayer pada Aliran Pipa

Pada struktur aliran turbulen, ada beberapa lapisan yang dibedakan berdasarkan jarak daerah dari dinding pipa. Salah satunya adalah viscous sublayer. Viscous sublayer adalah lapisan yang sangat tipis dan paling dekat dengan dinding pipa. Pada lapisan ini, tegangan geser viscous lebih dominan dibandingkan dengan turbulen dan kecepatan aliran sangat kecil sehingga aliran laminer. Semakin besar viskositas fluida, maka semakin besar viscous sublayernya, semakin besar kecepatan aliran maka viscous sublayernya semakin tipis.

Sifat dari viscous sublayer berpengaruh dari kekasaran. dinding pipa. Bila kekasaran pipa kebih kecil dibenading tebal dari viscous sublayer, maka kekasaran terendam oleh viskositas sehingga tidak terlalu berpengaruh. Situasi ini dinamakan hydraulically smooth flow. Jika kekasaran pipa lebih besar dari tebal viscous sublayer, bisa menyebabkan gangguan aliran dan pressure drop. Situasi ini dinamakan hydraulically rough flow.

Viscous sublayer ini juga bisa menyebabkan disturbansi jika batas aliran laminer pada dekat dinding dan aliran turbulen tidak rata. Aliran yang cepat ketika menyentuh dinding, akan berdeformasi dari kecil hingga seluruh permukaan saling bertabrakan dan menyebabkan turbulansi.

Aplikasi pada perhitungan viscous sublayer adalah pada sayap pesawat. Pada sayap, tidak semua permukaan halus. Ada beberapa fin diatas sayap pada area tertentu yang digunakan untuk membuat vorteks yang dinamakan vortex generator. Pada umumnya, vorteks akan menyebabkan drag pada pesawat. Namun, pada kasus ini vortex generator sengaja membuat vorteks untuk menghasilkan energi. Karena ada energi tambahan pada viscous sublayer, maka aliran tidak akan terpisah sehingga angle of attack pada pesawat bisa diperbesar dan menambah lift pada pesawat itu.

Raditya Aryaputra Adityawarman (1806181691)

Artikel 05 : Ilustrasi aliran turbulen dibandingkan dengan aliran lainnya

Aliran fluida dalam pipa bisa berupa aliran laminar atau aliran turbulen. Osborne Reynolds, seorang ilmuwan dan ahli matematika Inggris, adalah orang pertama yang membedakan perbedaan antara dua klasifikasi aliran ini dengan menggunakan peralatan sederhana seperti yang ditunjukkan pada Gambar.1.

Il1-Hans.jpg

Gambar 1: (a) Eksperimen Reynolds menggunakan air dalam pipa untuk mempelajari transisi menuju turbulensi, (b) Tingkatan pewarnaan khas

Jika air mengalir melalui pipa berdiameter D dengan kecepatan rata-rata V, karakteristik berikut diamati dengan menyuntikkan zat warna yang mengapung secara netral seperti yang ditunjukkan. Untuk laju aliran yang cukup kecil , goresan pewarna (streakline) akan tetap sebagai garis yang terdefinisi dengan baik karena mengalir sepanjang, dengan hanya sedikit kabur karena difusi molekul pewarna ke dalam air sekitarnya. Untuk aliran intermediate yang sedikit lebih besar, corak pewarna berfluktuasi dalam ruang dan waktu, dan semburan perilaku tidak teratur yang muncul di sepanjang coretan. Di sisi lain, untuk laju aliran yang cukup besar, lapisan pewarna segera menjadi kabur dan menyebar ke seluruh pipa secara acak. Ketiga karakteristik ini, dilambangkan sebagai aliran laminar, transisi, dan turbulen, masing-masing, diilustrasikan pada Gambar. 1b.

Untuk aliran pipa, parameter tanpa dimensi yang paling penting adalah angka Reynolds, Re = VD / n rasio inersia dengan efek viskos dalam aliran. Karenanya, istilah flowrate seharusnya digantikan oleh angka Reynolds, di mana V adalah kecepatan rata-rata dalam pipa. Yaitu aliran dalam pipa adalah laminar, transisi, atau turbulen asalkan angka Reynolds cukup kecil, menengah, atau cukup besar. Bukan hanya kecepatan fluida yang menentukan karakter aliran , densitas, viskositas, dan ukuran pipanya sama pentingnya. Parameter ini bergabung untuk menghasilkan angka Reynolds.

Perbedaan antara aliran pipa laminar dan turbulen dan ketergantungannya pada kuantitas berdimensi yang tepat pertama kali ditunjukkan oleh Osborne Reynolds pada tahun 1883. Rentang angka Reynolds yang diperoleh dari aliran pipa laminar, transisi, atau turbulen tidak dapat diberikan secara tepat . Transisi aktual dari aliran laminar ke turbulen dapat terjadi pada berbagai bilangan Reynolds , tergantung pada seberapa banyak alirannya terganggu oleh getaran pipa, kekasaran wilayah pintu masuk, dan sejenisnya. Untuk tujuan rekayasa umum (yaitu, tanpa tindakan pencegahan yang tidak semestinya untuk menghilangkan gangguan seperti itu), nilai-nilai berikut sesuai: Aliran dalam pipa bundar adalah laminar jika bilangan Reynolds kurang dari sekitar 2100. Aliran dalam pipa bundar bergolak jika Jumlah Reynolds lebih besar dari sekitar 4000. Untuk bilangan Reynolds antara dua batas ini, aliran dapat beralih antara kondisi laminar dan turbulen dalam aliran transisi mode acak).

Oleh : Hans Thiery T (1806233341)


Artikel 6 : Kecepatan pada Aliran Turbulen

Pada dasarnya efek aliran fluida terhadap suatu alat-alat teknik dapat diketahui lewat gesekan-gesekan antara fluida dengan dinding fluida. Gesekan-gesekan tersebut dapat diketahui dengan mengetahui tegangan geser, dan dalam mengetahui tegangan geser yang mana rumusnya adalah (viskositas x regangan) dimana regangan yang dimaksud adalah perubahan kecepatannya. Jika kita mengambil suatu titik (titik A) pada aliran laminer dan aliren turbulen, maka nilai kecepatan dan arah kecepatan pada aliran laminer tidak berubah. Beda halnya dengan aliran turbulen yang arah dan nilai kecepatannya berubah-ubah sangat cepat sehingga vektor-vektor kecepatan yang awalnya bergerak selaras pada aliran laminer, mengalami fluktuasi yang sangat cepat sehingga akan sangat sulit untuk menentukan nilai kecepatan sesaat pada titik A dikarenakan kecepatan selalu berubah-ubah terhadap waktu. Maka dari itu dibuatlah fluktuasi pada sebuah kecepatan seperti digambarkan pada gambar sebagai berikut :

Kec. rata2.PNG

Sehingga kecepatan sesaat di titik A adalah penjumlahan kecepatan rata-rata dengan kecepatan fluktuasinya (u’).


Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi (1906435510)

Artikel 07: Hubungan Tegangan Geser Terhadap Viscous Sublayer pada Aliran Turbulen

Dalam aliran turbulen yang fully developed, terdapat tiga daerah yaitu: viscous sublayer, daerah overlap, dan lapisan turbulen luar. Pada viscous sublayer, tegangan geser viskos lebih dominan dibanding turbulent stress. Viscous sublayer itu sendiri merupakan besaran tak berdimensi, dapat ditulis sebagai yu*/v, dimana y adalah jarak dari dinding, v adalah kinematic viscousity, dan u* adalah kecepatan friksi. Satuan u* adalah m/s, namun sebenarnya kecepatan friksi ini bukanlah kecepatan pada umumnya. Kecepatan friksi ini adalah sebuah satuan yang kebetulan mempunyai dimensi yang sama dengan kecepatan. Rumusnya adalah (τw/ρ)^0.5. Dari definisi kecepatan friksi, terdapat hubungan antara tegangan geser dengan viscous sublayer. Semakin besar tegangan fluida pada dinding, semakin besar juga viscous sublayer yang terbentuk. Secara teoritis, nilai viscous sublayer sangat sulit didapatkan. Maka kebanyakan nilai viscous sublayer didapat dari hasil eksperimen.

oleh: Edward Joshua Patrianus Mendrofa (1806233354)