Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2023)

PENDAHULUAN

Hydrofoil merupakan sebuah airfoil yang digunakan di dalam air. Hydrofoil memiliki bentuk yang berbeda dari airfoil. Secara prinsip tetap sama, tujuan hydrofoil adalah untuk membuat gaya angkat di dalam air. Hydrofoil biasa digunakan di propeller dan pada pesawat amphibi.

Simulasi menggunakan Ansys Fluent kali ini merupakan lanjutan dari simulasi propeller. Pada simulasi sebelumnya penulis mengabaikan efek dari kavitasi. Kavitasi terjadi karena local pressure lebih rendah daripada vapor pressure sehingga air akan mengalami perubahan fasa dari cair ke gas. Kavitasi akan menciptakan gelembung-gelembung kecil.

Pada tulisan kali ini penulis akan mensimulasikan aliran air melewati hydrofoil dengan memperhitungkan efek kavitasi. Kavitasi ini perlu diperhitungkan efeknya karena kavitasi dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan propeller. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk melihat pengaruh angle of attack hydrofoil terhadap kavitasi yang dihasilkan

PRE-PROCESSING

Bentuk airfoil yang penulis gunakan YS-920 Hydrofoil. Simulasi yang penulis lakukan adalah 2D. Untuk simulasi airfoil/hydrofoil umumnya digunakan C-domain. Ukuran C-domain 20 kali dari chord length hydrofoil. Mesh yang digunakan berupa structured hexahedral. Untuk mendapatkan koordinat hydrofoil bisa cek pada bagian referensi di bawah halaman ini.

SETUP

Fluida yang digunakan adalah liquid water dan water vapor. Untuk memodelkan gelembung udara (uap air) yang muncul maka digunakan multiphase mixture model. Alasan digunakan mixture adalah uap air yang tercipta tidak memiliki interface yang jelas antara air. Disini uap air yang tercipta terlihat tercampur dengan air. Liquid water sebagai fasa primer dan water vapor sebagai fasa sekunder. Untuk memodelkan perubahan fasa dari air ke uap air maka digunakan cavitation mechanism pada mass transfer mechanism. Pada temperature 300 K vapor pressure air adalah 3540 Pa. Jika local pressure air lebih rendah dari tekanan tersebut, maka air akan berubah fasa.

Air datang dengan kecepatan 34 m/s dan angle of attack 7.5°. Karena hydrofoil ini memiliki geometric angle of attack 0°, maka kita perlu mengganti velocity specification method menjadi magnitude and direction. Pada arah x diganti menjadi cos(angle of attack) dan arah y sin(angle of attack). Untuk mengetahui Cd dan Cl kita perlu menentukan reference value seperti pada gambar 10. Pada report definition, force vector x dan y diganti sesuai dengan angle of attack. Untuk Cd force vector x menjadi cos(angle of attack) dan force vector y sin(angle of attack). Untuk nilai Cl force vector x -sin(angle of attack) dan force vector y cos(angle of attack).

POST-PROCESSING

Untuk mengetahui seberapa banyak kavitasi yang terjadi, biasanya kita gunakan sebuah bilangan tak berdimensi yaitu Cavitation Number (Ca). Cavitation number didefinisikan rasio antara perbedaan local absolute pressure dengan vapor pressure dibagi dengan dynamic pressure. Semakin rendah nilai Ca semakin mudah mengalami kavitasi. Nilai Ca < 1 akan memperbesar kemungkinan air akan mengalami kavitasi

Hasil uap air yang tercipta karena kavitasi dapat dilihat pada gambar 12. Gambar 12 menunjukan perbandingkan jumlah uap air yang tercipta pada angle of attack yang berbeda. Semakin besar angle of attack maka akan semakin banyak uap air yang tercipta. Kavitasi akan terjadi jika tekanan absolute air lebih kecil dari vapor pressure. Angle of attack yang besar ini akan membuat tekanan di atas hydrofoil semakin rendah sehingga kavitasi terbesar terjadi pada angle of attack yang besar. Secara kuantitatif nilai Ca pada permukaan hydrofoil bisa dilihat pada gambar 13.

Referensi

Koordinat hydrofoil = airfoiltools.com

Seth, A., and Liem, R. P., “Takeoff Analysis of Amphibious Aircraft with Implementation of a Hydrofoil,” Structures18 – The 2018 Structures Congress, 2018