Studi eksperimen dan numerik perilaku aliran melintasi tiga silinder sirkular yang tersusun stagger dengan bodi pengganggu

Perkembangan teknologi yang semakin pesat, telah mendorong lahirnya inovasi-inovasi baru di dalam dunia keteknikan. Salah satunya pengaplikasian silinder sirkular pada berbagai bidang industri seperti konstruksi pipa penyangga lepas pantai, jaringan pipa bawah laut dan shell & tube heat exchanger. Berbagai penelitian sebelumnya menunjukkan adanya gaya hambat, vortex shedding dan vortex induced vibration (VIV) yang timbul pada aliran tersebut, sehingga penelitian kembali dilakukan secara eksperimen dan simulasi numerik dengan tujuan untuk mengurangi gaya hambat, vortex shedding dan vortex induced vibration (VIV) pada tiga silinder sirkular didalam susunan stagger dengan menempatkan tiga bodi pengganggu didekat masing-masing silinder sirkular. Penelitian secara eksperimen dilakukan pada terowongan angin jenis (subsonic open circuit wind tunnel). Variasi dalam penelitian ini adalah rasio diameter (d/D) = 0,16, rasio jarak longitudinal (L/D) = 1.5; 2.0; 3.0 dan 4.0 dan rasio jarak transversal (T/D) = 2 (konstan) dengan diameter bodi pengganggu (d = 4 mm) dan diameter silinder utama (D= 25 mm) yang ditempatkan dalam saluran sempit berpenampang bujur sangkar dengan luas penampang (H= 300 mm dan L= 600 mm) dan memiliki blockage ratio 30 % yang diuji pada bilangan Reynolds berbasis diameter silinder sirkular Re = 2.2x10^4. Bodi pengganggu (BP) ditempatkan disekitar silinder sirkular pada posisi θ = 0°, 90° & 270° serta pada sudut θ = 0°, 120° & 240° dan dengan jarak gap (G/D) = 0,4 atau (δ= 10 mm) terhadap silinder sirkular. Tekanan diukur menggunakan pressure tap yang dipasang pada permukaan tiga silinder sirkular. Sedangkan profil kecepatan diukur dengan pitot static tube yang dipasang didepan dan dibelakang silinder sirkular untuk mengetahui coefficient drag total. Untuk simulasi numerik, penelitian ini dilakukan dengan 2D Unsteady-RANS menggunakan software Ansys Fluent 19.1 dengan model turbulensinya adalah model Transition k-kl-omega. Hasil penelitian menunjukkan jarak (L/D) dan penggunaan BP sangat mempengaruhi koefisien gaya hambat (CD) yang terjadi pada 3 silinder sirkular tersusun stagger. Untuk hasil simulasi menunjukkan bahwa CD terkecil untuk silinder 1 (upstream) terjadi pada jarak (L/D = 3.0) dengan variasi BP = 0º, 120º & 240º, nilai CD nya adalah 0.75 atau 16% lebih kecil dibandingkan dengan nilai CD pada variasi tanpa BP. Sedangkan CD terkecil pada silinder 2 dan silinder 3 terjadi pada jarak (L/D = 4.0) dengan variasi BP = 0º, 90º & 270º, nilai CD nya adalah 0.82 atau lebih kecil 25% bila dibandingkan dengan variasi tanpa BP. Untuk hasil eksperimen menunjukkan nilai CD terendah terjadi pada silinder 3 (downstream bawah) dengan variasi BP = 0º, 120º & 240º, yaitu nilai CD nya adalah 0.79 bila dibandingkan dengan nilai CD dengan variasi tanpa BP, maka reduksi CD nya mencapai 56%. Penambahan BP di sekeliling silinder upstream pada sudut 0º, 90º & 270º, sangat efektif untuk mereduksi CD pada silinder 2 (downstream atas) dan silinder 3 dengan persentase reduksi CD nya berkisar antara 16% - 31%. Sedangkan untuk silinder 1 mengalami peningkatan nilai CD mencapai 22%. Sedangkan penambahan BP di sekeliling silinder 1 pada sudut 0º, 120º & 240º, adalah dapat mereduksi CD untuk keseluruhan sistem. Dimana persentase reduksi CD nya sangat fluktuatif antara jarak (L/D = 1.5; 2.0 & 3.0) yaitu reduksi CD nya hanya mencapai 3% dibandingkan dengan jarak (L/D= 4.0) yang mencapai 21%. Sedangkan untuk silinder 2 dan 3 reduksi CD yang terjadi cukup signifikan, dimana pada jarak (L/D = 1.5) untuk silinder 3, nilai reduksi CD nya mencapai 56%, sedangkan untuk silinder 2 nilai reduksi CD nya adalah 29%