Analisis Pola Aliran Fluida Melewati Obstacle Berbentuk Conic Menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD)
Struktur konis, yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi teknik lepas pantai seperti fondasi turbin angin, tiang suar, atau komponen anjungan, sangat rentan terhadap potensi kerusakan struktural akibat interaksi dinamis dan kompleks dengan aliran arus laut. Fenomena ini, yang dikenal sebagai interaksi fluida-struktur (Fluid-Structure Interaction - FSI), dapat menyebabkan beban berulang dan getaran resonansi, yang berujung pada kelelahan material dan kegagalan struktural. Penelitian ini secara komprehensif menginvestigasi karakteristik hidrodinamika di sekitar struktur konis dan dampaknya terhadap integritas strukturalnya, dengan fokus pada identifikasi parameter kritis yang berkontribusi terhadap potensi kerusakan. Untuk memastikan akurasi dan keandalan model, serangkaian eksperimen laboratorium skala kecil dilakukan di fasilitas flume test. Eksperimen ini berfokus pada visualisasi dan pengukuran pola aliran yang terbentuk di sekitar struktur konis pada berbagai kondisi aliran, menggunakan teknik seperti Particle Image Velocimetry (PIV) untuk memperoleh data kecepatan aliran yang presisi. Secara paralel, simulasi komputasi dinamika fluida (Computational Fluid Dynamics - CFD) dilakukan menggunakan model aliran laminar yang diselesaikan dengan metode volume hingga (Finite Volume Method). Validasi model CFD dicapai melalui perbandingan ekstensif antara pola aliran yang dihasilkan dari simulasi dengan data eksperimen yang diamati, memastikan bahwa model komputasi secara akurat merepresentasikan fenomena fisik. yang nantinya akan divalidasikan dan dibandingkan dengan eksperimen fisik di laboratorium menggunakan parameter fluida, bentuk objek, dan dimensi objek yang sama dengan simulasi CFD. Akan terdapat 2 jenis simulasi yaitu simulasi 2D dan 3D dengan viskositas sebesar 0,001 s-1, densitas atau massa jenis air sebesar 1000 kg/m3 , debit air 3,2 x 10^-5 m3/s, kecepatan aliran 0,002 m/s, dan coefficien roughness 0,5. Selanjutnya, studi parametrik numerik dilakukan dengan memvariasikan secara sistematis kecepatan aliran (berkisar pada bilangan Reynolds tertentu) dan kedalaman air di sekitar struktur konis. Dalam setiap skenario, parameter hidrodinamika kunci seperti koefisien drag (CD) dan koefisien lift (CL) diukur dan dianalisis secara cermat. Data ini kemudian digunakan untuk menentukan frekuensi pelepasan vortex (vortex shedding frequency) yang terbentuk di belakang struktur, sering kali dipengaruhi oleh bilangan Strouhal (St). Penentuan frekuensi vortex ini sangat krusial karena resonansi antara frekuensi pelepasan vortex dan frekuensi alami struktur dapat memicu osilasi paksa dengan amplitudo besar, yang secara signifikan meningkatkan risiko kelelahan dan kegagalan struktural. Hasil temuan dari penelitian ini memberikan wawasan mendalam mengenai mekanisme kompleks interaksi fluida-struktur pada struktur konis di lingkungan lepas pantai. Analisis variasi CD, CL, dan frekuensi vortex shedding pada berbagai kondisi aliran dan kedalaman air mengidentifikasi rezim aliran kritis yang berpotensi menimbulkan risiko tertinggi terhadap integritas struktural. Pemahaman ini sangat penting untuk perbaikan desain struktural, pengembangan strategi mitigasi getaran, dan optimalisasi operasi di lingkungan laut yang dinamis, sehingga berkontribusi pada pembangunan infrastruktur lepas pantai yang lebih aman, tahan lama, dan efisien.
URI
https://repo.itera.ac.id/depan/submission/SB2507170021
Keyword
Vortex Shedding Conical Bilangan Reynolds CFD CD CL