Kata kunci: Empat silinder sirkular, susunan in-line square, koefisien drag, inlet disturbance body

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PENGGUNAAN

  

INLET DISTURBANCE BODY TERHADAP KARAKTERISTIK

ALIRAN MELINTASI SILINDER SIRKULAR YANG

TERSUSUN IN-LINE SQUARE

  _{1 2} Herdi Muhammad , Wawan Aries Widodo Universitas Gorontalo

  Kontak Person: Herdi Muhammad

  Alamat Kontak Person

Telp. 081340005159; Email: herdimuh_gtlo@yahoo.com

  

Abstrak

Pesatnya perkembangan teknologi saat ini, mendorong lahirnya inovasi baru di bidang sains dan

teknologi, salah satunya adalah penelitian tentang karakteristik aliran fluida yang melintasi

sekelompok bluff body silinder sirkular. Beberapa contoh dari pemanfaatannya antara lain konstruksi

tiang listrik, tiang pancang bangunan lepas pantai, jaringan pipa bawah laut, heat exchanger, storage

tank. Riset ini untuk mendapatkan informasi mengenai fenomena evolusi aliran dari momentum fluida

yang attachment pada kontur permukaan benda lengkung seperti silinder sirkular. Karakteristik yang

didapat sangat berguna dalam memprediksi gaya-gaya aerodinamik pada silinder sirkular, terutama

reduksi gaya hambat (drag reduction). Untuk mereduksi gaya drag dengan cara menambahkan bodi

pengganggu di daerah upstream, modifikasi geometri, dan meningkatkan kekasaran permukaan.

Karakteristik aliran yang melintasi silinder sirkular tersusun in-line square dengan tambahan bodi

pengganggu ini diteliti secara eksperimental pada open circuit subsonic wind tunnel, Laboratorium

Mekanika Mesin Fluida ITS Surabaya.

Penelitian ini dilakukan secara eksperimental, dimana benda uji yang digunakan berupa empat buah

silinder sirkular (main bluff body) yang terbuat dari pipa PVC berdiameter (D) 25 mm dengan

susunan in-line square. Variasi jarak antar silinder (L/D) bertuturut-turut adalah 1.5; 2; dan 2.5.

Pada silinder upstream ditempatkan empat buah inlet disturbance body (IDB) berdiameter (d) 4 mm

₄ , pada bilangan Reynolds 2.2 x10 . dengan gap (δ) 0.4 mm dengan sudut stagger (α) 60

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada rasio jarak L/D 2 diperoleh wake yang sempit atau defisit

momentum yang kecil hal ini menunjukkan bahwa separasi masif lebih tertunda ke belakang, reduksi

koefisien drag pressure (CDP) yang diperoleh silinder 1= 2.55, silinder 2 = 2.796, silinder 3 = -0.28

dan silinder 4 = 0.02.

  Kata kunci: Empat silinder sirkular, susunan in-line square, koefisien drag, inlet disturbance body Pendahuluan

  Sebuah benda yang dilewati aliran diklasifikasikan sebagai bluff body atau streamlined body didasarkan atas karakteristik aerodinamika di sekeliling benda tersebut. Fenomena fluida yang mengalir melintasi permukaan luar bluff body seperti silinder sirkular akan menimbulkan interaksi khususnya pada daerah lapis batas. Interaksi aliran tersebut dapat menyebabkan transisi aliran laminar menjadi turbulen. Pada aliran di sekeliling bluff body, separasi massive terjadi tanpa reattachment. Aliran di sekeliling streamlined body mengalami reattachment dimana saja, kecuali pada upstream dari trailing edge. Pada benda yang sama dapat bekerja sebagai streamlined body maupun bluff body tergantung pada orientasi aliran yang melalui benda tersebut.

  Penelitian pada aliran yang melintasi suatu bluff body yaitu untuk mereduksi gaya hambat (drag

  

reduction) . Beberapa penelitian terdahulu yang menjadi referensi utama dalam memperoleh informasi

  yang berkaitan dengan reduksi gaya hambat antara lain dengan modifikasi geometri seperti yang dilakukan oleh Alam, dkk (2003). Penelitian secara eksperimental oleh Alam, dkk (2003), riset yang dilakukan mengenai pengaruh penggunaan dua buah bodi pengganggu berupa silinder sirkular terhadap silinder sirkular yang disusun secara tunggal, side by side maupun tandem. Penambahan dua buah bodi pengganggu menggunakan sudut α sebagai upstream. Dengan penambahan bodi pengganggu tersebut, maka didapatkan fenomena reattactment pada beberapa variasi sudut. Fenomena

  reattachement tersebut menyebabkan separasi jauh lebih tertunda.

  Berdasarkan penelitian ini dengan tambahan inlet disturbance body di depan silinder sirkular mengungkapkan bahwa free shear layer yang terseparasi dari silinder pengganggu akan reattach pada sisi bagian depan silinder utama dan membentuk quasi-static vortex atau menciptakan celah bertekanan rendah atau dikenal dengan cavity mode.

  Bell (1983), melakukan penelitian mengenai pengaruh intensitas turbulent pada free stream terhadap gaya drag pada silinder sirkular, telah diperoleh pengurangan gaya hambat yang signifikan akibat penguatan intensitas turbulent (penguatan vortisitas) free stream. Konklusinya adalah terjadinya transisi lebih awal boundary layer dari laminar menjadi turbulen pada kontur silinder akibat penguatan intensitas turbulent free stream sebagai faktor yang mempengaruhi tertundanya separasi massif pada kontur silinder bagian belakang. Daerah wake yang sempit dibelakang silinder akan menyebabkan pengurangan gaya drag pada silinder.

  Weidman (1968) dan Bell (1983), kedua peneliti ini melakukan penelitian terhadap blockage

  

ratio yang dapat berpengaruh terhadap nilai gaya drag. Mereka meneliti sebuah bluff body yang

  ditempatkan pada sebuah wind tunnel dengan Reynolds number yang konstan, tetapi diameter bluff

  

body yang digunakan semakin besar, ditunjukkan dengan nilai koefisien drag (C ) semakin

_D

  meningkat. Bertambahnya nilai C D berbanding lurus dengan terbentuknya daerah wake yang besar sehingga nilai gaya drag semakin besar.

  Niemann dan Holscher (1990), riset ini telah menginformasikan bahwa interaksi antara aliran fluida dengan geometri berbentuk bluff body maupun streamlined body, dimana aliran fluida akan bertransisi dari aliran laminar menjadi turbulen hingga terjadi fenomena separasi aliran. Terjadinya transisi lapis batas tersebut dipengaruhi oleh antara lain kecepatan pada free-stream serta profil alirannya, free stream turbulence (intensitas turbulensi), bentuk benda (geometri maupun orientasi terhadap arah alirannya), serta kekasaran permukaan suatu benda.

  Geometri dari bluff body ketika dilingkupi oleh aliran fluida, pada umumnya mempunyai karakteristik yang menghasilkan adverse pressure gradient yang lebih dominan dibandingkan wall . Fenomena ini dapat mempengaruhi terbentuknya separasi bubble maupun letak

  shear stress-nya

  separasi masif dari momentum fluida yang attach pada kontur permukaan padat. Momentum fluida yang telah terseparasi dari kontur permukaan padat menghasilkan defisit momentum pada daerah

  

downstream bluff body tersebut. Defisit momentum pada daerah downstream bluff body dikenal

  sebagai wake. Semakin lebar wake yang ditimbulkan oleh bluff body yang dialiri oleh fluida, semakin besar pula gaya hambat (drag force) yang ditimbulkannya. Gaya hambat pada bluff body merupakan penjumlahan dari pressure drag dan skin friction drag.

  Lam dan Zou (1994), melakukan penelitian secara eksperimental dan numeric, riset ini menguraikan tentang pengaruh rasio jarak terhadap koefisien pressure aliran yang melintasi empat buah silinder sirkular yang disusun secara equispaced pada center line. Variasi yang dilakukan adalah ₄ jarak antar silinder L/D dan pada sudut serang (α) 1.26 - 5.8 pada Reynolds = 1.28x10 . Peneltian ini telah menginformasikan bahwa adanya re-attachment dari free shear layer dan separasi yang terjadi pada silinder upstream akan mempengaruhi pola aliran pada silinder downstream seiring dengan bertambahnya rasio jarak L/D.

  Dalam dunia industri banyak kita jumpai aplikasi dari bluff body yang tersusun berkelompok dalam berbagai bentuk konfigurasi baik berupa tandem, side by side, staggered maupun in-line. Interaksi aliran pada sekelompok bluff body mempunyai karakter aliran yang sangat rumit dan kompleks walaupun disisi lain bentuk geometri dan ukurannya yang sama.

  Berdasarkan penelitian-penelitain seperti yang telah diuraikan di atas, baik yang dilakukan dengan metode pengendalian passive flow control dengan penambahan inlet disturbance body maupun menyusun bluff body dalam konfigurasi tertentu, maka hal inilah yang menjadi referensi utama bagi penelitian ini.

  Riset yang dilakukan secara ekperimental ini bertujuan untuk memperoleh korelasi fisis tentang percepatan transisi lapis batas pada upstream disturbance body berbentuk silinder sirkular dan

  

main bluff body berbentuk silinder sirkular tersusun in-line square yang dipengaruhi oleh variasi rasio

jarak (L/D) 1.5; 2; 2.5.

  Metode Penelitian

  Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental dan seluruh pengujian dilakukan pada

  

open circuit subsonic wind tunnel dimana benda uji yang digunakan berupa empat buah silinder

  sirkular (main bluff body) berdiameter (D) 25 mm dengan susunan in-line square. Variasi jarak antar silinder (L/D) 1.5; 2; dan 2.5, silinder pengganggu berdiameter (d) 4 mm dengan gap (δ) 0.4 mm dari ₄ permukaan silinder upstream serta variasi sudut (α) 60 pada bilangan Reynolds 2.2 x 10 . Scema penelitian benda uji dapat dilihat pada gambar 1 di bawah ini: _{d Gap 0.4 mm L}

  4 _{U , P   y}

2 D

  _L

  3 _x

  1 _{4D Pitot Tube}

Gambar 1. Scema benda uji yang tersusun in-line square dengan Inlet disturbance body pada sudut 60

  Pengukuran yang dilakukan untuk mendapatkan data kuantitatif yang diolah menjadi distribusi koefisien tekanan pada kontur permukaan curvature silinder, yang merupakan perbandingan dari perbedaan tekanan antara tekanan freestream dengan tekanan sepanjang kontur benda dengan tekanan dinamis dari freestream, atau dapat dirumuskan sebagai berikut:

  P  P _{c }

  Cp = .......... .......( 1 )

  1 ²

   U 

  2 dimana: Pc adalah tekanan pada kontur silinder sirkular, P adalah tekanan statis pada ₂ ∞ freestream, ½ U adalah tekanan dinamis pada freestream.

  ∞

  Distribusi koefisien tekanan selanjutnya digunakan untuk memperoleh nilai koefisien pressure

  drag (C ) dengan persamaan sebagai berikut: _DP

  Perhitungan untuk data kuantitatif berupa profil kecepatan di daerah wake yaitu di belakang silinder downstream yang tersusun in-line square di ukur pada jarak 4D sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 1 di atas. Profil kecepatan di daerah wake tersebut untuk mengetahui defisit momentum ketika aliran melintasi ke empat silinder tersebut dengan tambahan inlet disturbance body pada sudut stagger 60 dengan rasio jarak L/D yang berbeda-beda. Pengujian ini dilakukan pada wind tunnel dengan bentuk saluran uji yaitu hexagonal yang berukuran panjang 600 mm, tinggi 300 mm dan lebar 300 mm, keempat silinder sirkular (main bluff body) terbuat dari PVC berdiameter 25 mm, panjang 125 mm serta pressure tap buah pada setiap silinder uji, selanjutnya empat buah inlet disturbance body berdiameter 4 mm dengan jarak gap 0.4 mm dari main bluff body. Seluruh pengujian dilakukan pada ₄ Reynolds number 2.2 x 10 yang didasarkan pada diameter silinder sirkular utama.

  Hasil Penelitian dan Pembahasan

  Adapun kajian eksperimental yang disajikan adalah data hasil pengukuran arus pada instrument benda uji main bluff body silinder sirkular dengan tambahan inlet disturbance body pada rasio jarak L/D yang selanjutnya diolah menjadi parameter tekanan, pengukuran tekanan statis dan tekanan stagnasi free stream baik didepan maupun dibelakang main bluff body yang tersusun in-line square. Dari hasil riset ini data kuantitatif lainnya diolah dengan melakukan integrasi numerik dengan menggunakan persamaan untuk memperoleh nilai distribusi koefisien tekanan (Cp) kontur, koefisien

  

drag (C ) dan profil kecepatan di daerah wake. Momentum fluida yang telah terseparasi dari kontur

_D

  permukaan silinder akan menghasilkan defisit momentum pada daerah downstream bluff body atau dikenal dengan wake. Sesuai gambar grafik distribusi koefisien tekanan (Cp) untuk silinder 1 dan silinder 2 yang ditunjukkan oleh gambar 2 (a) dan (b) berikut:

  (a) (b)

  Gambar 2. Distribusi Koefisien Tekanan (C ) Silinder Upstream _P Pada IDB 60 ; (a) Silinder 1 dan (b) Silinder 2 L/D 1.5; L/D 2; L/D 2.5

  Pada gambar 2 (a) grafik di atas menunjukkan bahwa titik stagnasi terjadi pada sudut 0 untuk keseluruhan variasi rasio jarak L/D dan cenderung mempunyai karakter yang hampir sama. Penambahan bodi pengganggu dengan sudut 60 adalah upaya untuk mendapatkan reduksi gaya hambat yang efektif serta dimaksudkan untuk mengetahui sampai sejauh mana perkembangan

  

boundary layer , terbentuknya separation bubble, maupun massive separation pada masing-masing

  kontur benda yang diujikan. Evolusi aliran yang dinyatakan dengan distribusi koefisien tekanan (Cp) untuk menggambarkan perkembangan aliran pada lapis batas dari leading edge hingga trailing edge silinder sirkular dan akhirnya aliran terseparasi massif.

  Dari gambar 2 (a) tampak bahwa transisi lapis batas laminar hingga berubah menjadi turbulent untuk L/D 2 mengindikasikan bahwa titik stagnasi ditunjukkan pada nilai Cp sebesar 1, kemudian koefisien tekanan menurun secara perlahan. Setelah penurunan Cp, hal yang sangat menarik terjadi yaitu terbentuknya small adverse pressure gradient (Alam, dkk 2003), small adverse pressure

  gradient

  di sisi upper terjadi pada sudut θ = ± 45 untuk silinder 1 dan silinder 2 pada sudut θ = ± 30

  

side silinder 1 di sisi lower side, namun pada silinder 2 untuk sisi lower side

  dan sudut θ = ± 315 tidak terjadi small adverse pressure gradient. Akselerasi maksimum terjadi pada sudut θ = ± 70 pada sisi lower pada sisi lower side seperti ditunjukkan pada gambar 2 (a). Sesaat setelah dan θ = ± 315 mencapai kecepatan maksimum, aliran mengalami perlambatan dan langsung mengalami separasi pada sudut 80°. Hal ini disebabkan momentum aliran freestream maupun wake dari inlet disturbance

  

body tidak mampu mendorong shear layer yang terlepas sehingga tidak dapat kembali attach pada

kontur silinder.

  Pada rasio jarak L/D 1.5 dan L/D 2.5 dari gambar 2 (a) silinder 1 upstream diperoleh untuk L/D 1.5 terjadi small adverse pressure gradient pada sudut 25 , akselerasi maksimum pada sudut 60

  

upper side dan 305 lower side, titik separasi berada pada sudut 70 upper side dan sudut 290 lower

side, sedangkan untuk L/D 2.5 tidak terjadi small adverse pressure gradient, akselerasi maksimum

  pada sudut 70 upper side dan 310 lower side selanjutnya aliran mengalami perlambatan yang ditandai dengan terjadinya separasi. Adapun separasi terjadi pada sudut 90 upper side dan 285 untuk

  lower side.

  Untuk distribusi koefisien tekanan pada kontur permukaan silinder 2 seperti pada gambar grafik 2 (b) diperoleh karakter aliran yang terjadi tidak jauh berbeda dengan evolusi aliran yang terjadi pada silinder 1, namun secara kuantitatif perbedaan terjadi pada nilai sudut kontur terbentuknya stagnation

  

point , titik separasi, peak dan sudut akselerasi maksimum. Dari gambar 4.8 (b) untuk L/D 1.5

  diperoleh bahwa titik stagnasi ditunjukkan oleh nilai Cp sebesar 1, kemudian koefisien tekanan menurun secara perlaha di sisi upper side n, hingga terjadi akselerasi maksimum pada sudut θ = ± 35 dan ± 320 di sisi lower side, setelah itu tekanan cenderung meningkat karena harus melawan adverse

  

pressure dan friksi seperti yang terlihat pada grafik Cp, hingga aliran tidak mampu melawan adverse

pressure

  dan friksi yang menyebabkan terjadinya separasi. Titik separasi terjadi pada sudut θ = ± 125 pada sisi upper side dan ± 235 pada sisi lower side. Oleh karena adanya celah antara inlet disturbance body dan permukaan silinder maka aliran mengalami hambatan, hal ini mengindikasikan adanya mixing shear layer antara bodi pengganggu dengan kecepatan freestream sehingga menyebabkan aliran attach ke silinder main bluff body, fenomena ini disebut reattachment yang ditandai dengan adanya peak (puncak) yakni pada sudut kontur ± 295 pada sisi lower side.

  Pada rasio jarak L/D 2 dan L/D 2.5 dari gambar 2 (b) dimana evolusi aliran pada kedua jarak mempunyai karakter yang hampir sama, kedua-duanya terjadi small adverse pressure gradient untuk L/D 2 pada sudut 30 , dan L/D 2.5 pada sudut 35 , kemudian terjadi akselerasi maksimum pada sudut 60 sisi upper side dan 290 sisi lower side untuk L/D 2 dan aliran terseparasi pada sudut kontur 85 upper side dan sudut 270 lower side, serta pada L/D 2.5 akselerasi maksimum pada sudut 60 sisi

  

upper side dan 305 sisi lower side dan aliran terseparasi pada sudut kontur 70 upper side dan sudut

285 lower side.

  Dari grafik terdapat perbedaan distribusi koefisien tekanan pada silinder sirkular 2 tidaklah terlalu signifikan jika dibandingkan dengan distribusi koefisien tekanan pada silinder 1. Namun terdapat perbedaan seperti posisi base pressure coefficient (Cpb), hal ini mengindikasikan bahwa terjadinya perbedaan (Cpb) dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain kecepatan free-stream

  turbulence, intensitas turbulensi aliran, kekasaran permukaan silinder sirkular, serta blockage ratio.

  Evolusi distribusi koefisien tekanan (Cp) untuk silinder downstream silinder 3 dan 4 dengan tambahan inlet disturbance body 60 dapat dilihat pada gambar 3 di bawah ini: (a)

  (b)

  

Gambar 3. Distribusi Koefisien Tekanan (C ) pada IDB 60 Silinder Downstream;

_P

(a) Silinder 3 dan (b) Silinder 4

L/D 1.5; L/D 2; L/D 2.5

  Dari gambar grafik 3 di atas, distribusi koefisien tekanan pada kontur permukaan silinder

  

downstream untuk susunan silinder in-line dengan IDB 60° menunjukkan tren grafik yang tidak jauh

  berbeda untuk masing-masing rasio jarak L/D. Nilai koefisien tekanan pada susunan silinder

  

downstream ini bernilai paling rendah dari pada susunan silinder upstream. Hal ini menunjukkan

  bahwa wake yang terbentuk akibat penambahan IDB pada sudut 60 lebih lebar dari pada silinder

  

upstream . Oleh sebab itu sangat mempengaruhi nilai koefisien drag silinder downstream. Nilai

koefisien tekanan dibawah nol mengindikasikan bahwa nilai koefisien drag lebih rendah.

  Keberadaan silinder sirkular (downstream body) pada berbagai jarak L/D akan menyebabkan

  

free shear layer yang terseparasi dari upstream disturbance body terdefleksi kembali (back flow) pada

trailing edge silinder downstream atau dikenal dengan forward shear layer. Fenomena tersebut

  membuat stream tube pada daerah base pressure silinder sebagai upstream disturbance body menjadi semakin divergen, hal tersebut akan meningkatkan adverse pressure gradient.

  Untuk silinder 3 gambar 3 (a), pada rasio jarak L/D 1.5, backward shear layer (BSL) mengalami percepatan hingga sudut 55° dan mengalami perlambatan kemudian terseparasi pada sudut 105° yang disebut sebagai backward separation position (BSp), namun untuk titik re-attachment belum tepat pada sudut 0°, melainkan pada sudut kontur 10 untuk upper side dan 240 untuk lower

  

side , FSL terseparasi pada sudut 200°. Untuk variasi rasio jarak L/D 2 titik re-attachment berada pada

  sudut kontur 80 , kemudian mengalami perlambatan hingga terseparasi pada sudut kontur 230 serta untuk variasi L/D 2.5 mengalami re-attachment pada sudut kontur 65 dan FSL terseparasi pada sudut kontur 210 .

  Pada gambar 3 (b) grafik distribusi koefisien tekanan pada kontur permukaan silinder 4 L/D 1.5 menunjukkan backward shear layer (BSL) mengalami percepatan hingga sudut 30° hingga mengalami perlambatan dan selanjutnya terseparasi pada sudut 150° upper side dan sudut 250 sisi

  

lower side dan re-attachment pada sudut 305 , selanjutnya untuk variasi rasio L/D 2 mengalami

  percepatan hingga sudut 35 kemudian mengalami perlambatan dan terseparasi pada sudut kontur 90 sisi upper side dan sudut 230 pada sisi lower side serta re-attachment pada sudut 265 . Untuk L/D 2.5 fenomena evolusi aliran tidak jauh berbeda dengan varisai L/D 2.

  Pada L/D 2.5 gambar 3 (b) menunjukkan titik re-attachment pada sudut kontur 20 sisi upper

  

side dan 290 pada sisi lower side serta titik separasi terjadi pada sudut kontur 145 upper side dan

pada sudut kontur 235 sisi lower side.

  Dari evolusi aliran yang terjadi pada silinder downstream baik silinder 3 dan silinder 4 menunjukkan grafik yang bergelombang, hal ini mengindikasikan bahwa perubahan pola aliran pada silder downstream sangat cepat untuk keseluruhan rasio jarak. Adanya blockage effect akan menyebabkan kecepatan free stream lebih cepat (pada titik dimana rasio blockage maksimum) daripada kecepatan real-nya, hal ini disebabkan adanya penyempitan area yang dilalui oleh aliran fluida.

  Fenomena fisis yang akan diuraikan pada bagian ini diawali dengan melakukan interpretasi atas data kuantitatif berupa profil kecepatan. Dari hasil eksperimen diperoleh profil kecepatan dibelakang konfigurasi susunan in-line dengan IDB 60 (gambar 4) sebagai berikut:

  

Gambar 4. Profil Kecepatan susunan in-line dengan IDB 60°

L/D 1.5; L/D 2 ; L/D 2.5

  Dari gambar 4 di atas terlihat bahwa defisit momentum tertinggi terjadi pada konfigurasi L/D 1.5 yang ditandai dengan nilai V/Vmaks terendah sekitar 0.15, dan yang terendah untuk variasi jarak L/D 2 dengan nilai 0.67, serta untuk konfigurasi L/D 2.5 adalah 0.43 dan konfigurasi dengan L/D 1.5 dari grafik terlihat juga memiliki wake yang terlebar serta wake yang tersempit dimiliki oleh rasio jarak L/D 2. Yang menarik dari fenomena terbentuknya profil kecepatan pada rasio jarak L/D 2 ini adalah nampaknya tidak terlalu besar jika dibandingkan dengan variasi yang lain, hal ini mengindikasikan bahwa defisit momentum dari profil kecepatan yang tidak cukup besar semata-mata disebabkan oleh pertumbuhan lapis batas yang lebih awal pada kontur permukaan main bluff body, pada jarak ini modus shear layer yang berbentuk wake-impingement mode, lebih awal attach pada kontur permukaan silinder, oleh sebab itu pada rasio jarak ini mixing process dan pertumbuhan lapis batas akan terjadi lebih awal.

  Profil kecepatan jelas menunjukkan gejala terbentuknya lapis batas turbulen yang ditandai dengan profil yang lebih fuller. Yang menarik dari trend ketiga grafik ini adalah grafik untuk L/D 1.5, dimana pada rasio jarak ini hanya mempunyai satu bentuk profil kecepatan yang menguncup jika dibandingkan dengan variasi rasio jarak yang lain. Hal ini mengindikasikan bahwa profil kecepatan yang terbentuk disebabkan karena aliran fluida masih secara penuh melingkupi silinder downstream yang semata-mata disebabkan oleh rasio jarak yang sangat dekat. Jika kita lihat profil kecepatan yang terbentuk pada rasio jarak yang membesar ternyata profil kecepatan yang menguncup sebanyak dua buah dan pada rasio jarak L/D 2 diperoleh wake yang sempit atau defisit momentum yang kecil menunjukkan bahwa separasi masif lebih tertunda ke belakang.

  Analisis Distribusi Koefisien Pressure Drag Silinder Utama

  Penempatan empat buah bodi pengganggu dengan sudut 60 di sisi depan main bluff body mempunyai konstribusi yang sangat signifikan dalam mereduksi gaya hambat (drag force) khususnya pada variasi L/D 2. Berdasarkan hasil eksperimen maka kemampuan penggunaan batang pengganggu dalam mereduksi gaya hambat pada silinder sirkular utama dengan melihat nilai koefisien drag

  pressure (Cdp) pada gambar gambar 5 di bawah ini:

  Gambar 5. Koefisien Pressure Drag (C ) IDB 60 _Dp Kesimpulan

  Dari penjelasan yang telah diutarakan sebelumnya dengan menampilkan hasil eksperimental, maka dapat disimpulkan bahwa dengan adanya modifikasi geometri dengan tambahan inlet

  

disturbance body pada sudut 60 dalam susunan in-line square, mampu meningkatkan intensitas

turbulen dari boundary layer main bluff body dibelakangnya.

  Pertumbuhan lapis batas dari laminar menjadi turbulen pada kontur main bluff body sangat dipengaruhi oleh dua hal. Pertama adalah intensitas turbulen dari shear layer yang terlepas dari kontur upstream disturbance, kedua adalah posisi attachment dari shear layer pada kontur main bluff

  . Transisi lapis batas makin cepat terjadi bila shear layer dengan intensitas turbulen makin besar,

  body

attach pada posisi lebih awal pada kontur main bluff body. Posisi attachment yang lebih awal,

  mengijinkan lapis batas lebih awal berkembang, hal ini disebabkan mixing region yang terjadi lebih pendek. Jika intensitas agitasi di dalam mixing region yang lebih pendek ini semakin kuat, maka transisi lapis batas menjadi lebih cepat terjadi. Separasi bubble secara keseluruhan memberikan konstribusi dalam mereduksi gaya hambat (drag force) secara signifikan. Khusus untuk variasi L/D 2 diperoleh koefisien drag pressure (C ) untuk masing-masing silinder yaitu silinder pertama C = _{DP DP} 2.55; silinder 2 C DP = 2.79; silinder 3 C DP = -0.28 dan silinder 4 C DP = 0.02.

  Referensi

  [1] Alam, Md. Mahbub, Sakamoto, H., dan Moriya M. (2003), “Reduction of Fluid Forces Acting On A Single Circular Cylinder and Two Circular Cylinders by Using Tripping Rods”, Journal of Fluids and Structures, Vol. 18.

  [2] Bea rman P.W., & Morel T. (1969), “Effect of free stream turbulence on the flow around bluff bodies”, Department of aeronautics, Imperial college, London, UK.

  [3] Bell, W. H., (1983), Turbulence vs. Drag - Some Further Considerations, Ocean Engineering, Vol.

  10, No. 1, 47-63. [4] Fox. R. W., Mc Donald. A. T. & Pritchard. P. J. (2011), Introduction to Fluid Mechanics Eighth Edition, Purdue University.

  [5] K. Lam, L. Zou. (1994). “The Effect of Interference of Four Equispaced Cylinders in Cross Flow on Pressure and Force Coefficients” Journal of Fluids and Structures, 195 – 214. [6]

  K. Lam, L. Zou. (2009). “Experimental study and large eddy simulation for the turbulent flow around four cylinders in an in- line square configuration” International Journal of Heat and Fluid Flow, 30, 276 –285.

  [7] Niemann, H. J. and Holscher, N., (1990), “A Review of recent experiments on the flow past circular cylinders”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol.33, 197-209.

  [8] Weidman, P.D. (1968), Wake Transition and Blockage Effect on Cylinder base Pressure, Tesis, California Institute of Technology, Pasadena.