29
2.7.2. Supersonic Nozzle dan Subsonic Diffuser
Terdapat 2 dua jenis perbedaan penampang pada saluran, yaitu supersonic nozzle dan subsonic diffuser. Supersonic nozzle dapat diartikan sebagai
penampang saluran yang mempunyai kecepatan aliran yang tinggi dengan nilai Ma lebih dari 1 Ma 1 yang disebut dengan kecepatan aliran supersonic.
Sedangkan subsonic diffuser diartikan sebagai penampang yang mempunyai kecepatan aliran yang rendah dengan nilai Ma kurang dari 1 Ma 1 yang
disebut dengan kecepatan aliran subsonic. Karena kecepatan aliran pada subsonic diffuser lebih rendah daripada supersonic nozzle, maka subsonic diffuser akan
menghasilkan tekanan yang lebih tinggi daripada supersonic nozzle [White, 2011]. Perbedaan antara subsonic diffuser dan supersonic nozzle dapat dilihat
pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Perbedaan antara supersonic nozzle dan subsonic diffuser [White, 2011].
Persamaan yang digunakan untuk menjelaskan perbedaan fenomena pada supersonic nozzle dan subsonic diffuser dituliskan ke dalam persamaan 2.6.
2 2
1 1
V dp
Ma A
dA V
dV
2.6
30
2.7.3. Converging of Primary Nozzle
Gambar 2.20 Kondisi pengoperasian pada converging nozzle [White, 2011].
a Geometri nozzle dan karakteristik tekanan
b Distribusi tekanan akibat back pressure
c Mass flow vs back pressure
Gambar 2.20 a menunjukkan skema aliran yang terjadi di dalam bagian converging pada primary nozzle. Aliran dengan tekanan stagnasi P
akan mengalir melewati primary nozzle outlet yang mengalami pengecilan penampang.
Akibat adanya pengecilan penampang, maka tekanan aliran akan menurun pada bagian primary nozzle outlet -Pe sehingga akan keluar sebagai aliran dengan
tekanan back pressure P
b
, di mana nilai tekanan back pressure lebih rendah daripada nilai tekanan stagnasi P
b
P .
Gambar 2.20 b menunjukkan distribusi tekanan yang terjadi pada bagian converging primary nozzle. Pada kondisi pada titik a dan b, tekanan pada
31
primary nozzle throat lebih besar daripada tekanan kritis P yang menyebabkan aliran pada primary nozzle mempunyai kecepatan aliran subsonic dan tekanan
pada primary nozzle outlet Pe mempunyai nilai yang sama besar dengan tekanan back pressure P
b
. Pada kondisi di titik c tekanan back pressure P
b
mempunyai nilai yang sama besar dengan tekanan pada primary nozzle outlet P
e
. Sedangkan pada kondisi di titik d dan e, primary nozzle tidak dapat beroperasi lebih lanjut
karena terjadi proses chocking dengan laju aliran massa yang besar pada bagian primary nozzle throat sehingga mengakibatkan tekanan akan menurun dari
tekanan kritis P menuju tekanan back pressure P
b
dan aliran akan berekspansi dengan kecepatan aliran supersonic.
2.8. Mach Number Ma
Mach number Ma merupakan parameter yang paling dominan dalam melakukan analisa pada compressible flow [White, 2011]. Besarnya nilai Mach
number Ma dapat dituliskan ke dalam persamaan 2.7.
a V
Ma
2.7 dengan Ma adalah Mach number yang tidak mempunyai satuan, V adalah
kecepatan aliran yang dinyatakan dalam satuan meter per detik ms, dan a adalah kecepatan suara yang dinyatakan dalam satuan meter per detik ms.
Adapun interval dari besarnya nilai Mach number Ma dapat digunakan untuk mengetahui sifat aliran seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat aliran berdasarkan nilai Mach number Ma [White, 2011]. Bilangan Ma
Keterangan
Ma 0,3 Aliran incompressible, di mana pengaruh pada nilai density
dapat diabaikan. 0,3 Ma 0,8
Aliran subsonic, di mana pengaruh pada nilai density penting tetapi tidak ada shock wave yang muncul.
Kategori