Mekanika Fluida II Jurusan Teknik Mesin FT. UNIMUS Julian Alfijar, ST Pertemuan: 5 Julian Alfijar, ST

Aliran Kompresibel Termodinamika Reviu : Udara mengalir melalui saluran pendek dengan penampang konstan didinginkan dengan Nitrogen cair. Tentukan : Entalpi, energi dalam, dan entropi, jika diketaui : T1= 440oC, P1= 188 kPa (absolut), V1= 210 m/sec, T2= 351 oK, P2 = 213 kPa (absolut) dan m = 0.15 kg/sec.

Aliran Kompresibel Ingat kembali : Persamaan Termodinamika I dan II

Aliran Kompresibel Kecepatan Suara Parameter untuk mengkarakteristikkan aliran kompresible adalah ANGKA MACH “M”. ANGKA MACH : perbandingan kecepatan aliran lokal (V) dengan kecepatan suara lokal (c) atau M = V/c. dengan :

Aliran Kompresibel ANGKA MACH : M < 0.3 : KOMPRESIBEL M < 1 : SUBSONIK M > 1 : SUPERSONIK 0.9 < M < 1.1 : TRANSONIK M ≥ 5 : HYPERSONIK

Aliran Kompresibel Hitung : M1, P01, T01, P2 dan T2 Contoh : FLOW P02 = 385 kPa (abs) T02 = 350oK M2 = 1.3 1 2 P1 = 350 kPa (abs) T1 = 60oC V1 = 183 m/sec Hitung : M1, P01, T01, P2 dan T2

Aliran Kompresibel

Aliran Kompresibel

Aliran Kompresibel Garis Fanno : ENTROPI selalu bertambah searah dengan arah aliran yang disebabkan oleh gesekan sehingga sifat aliran berubah sepanjang aliran. Garis Fanno digunakan untuk mengetahui karakteristik aliran dan untuk menggambar kan Ts diagram proses.

Aliran Kompresibel Garis Fanno : M = 1 M > 1 M < 1

Aliran Kompresibel Efek gesekan terhadap karakteristik aliran : Garis Fanno

Aliran Kompresibel Contoh : diketahui udara melalui tabung yang diisolasi. Udara tersebut berasal dari sumbu ruang besar yang dihisap melalui converging nozzle yang permukaan sangat halus. Hitung : M, Po2 dan gaya pada dinding saluran.

Aliran Kompresibel 2 1 FLOW P1 = 98.5 kPa (abs) To = 296 K Po = 101 kPa (abs) T2 = 287 K D = 7.16 mm

Aliran Kompresibel

Aliran Kompresibel Dari Persamaan Kontinuitas :

Aliran Kompresibel Dari Persamaan Kontinuitas :

Aliran Kompresibel Selanjutnya :

Aliran Kompresibel Garis REYLEIGHT : sama dengan Garis Fanno, untuk mengetahui karakteristik aliran dan untuk menggambar kan Ts diagram proses

Aliran Kompresibel GARIS RAYLEIGH

Aliran Kompresibel Dari gambar : Temperatur maksimum (M = 1/√3) Entropi maksimum (M = 1) Untuk aliran M > 1 atau M < 1 pemanasan menyebabkan T naik, pada proses pendinginan T turun. Pada 1/√3 < M < 1, penambahan menyebabkan temperatur aliran turun, sebaliknya pengeluaran panas menyebabkan temperatur aliran naik

Aliran Kompresibel Efek perpindahan panas terhadap karakteristik aliran : Garis Rayleigh

Aliran Kompresibel Berkurangnya Tekanan Staknasi disebabkan oleh Pemanasan

Aliran Kompresibel Contoh : udara mengalir tanpa gesekan dalam suatu saluran yang berpenampang konstant seperti pada gambar. Hitung : Property di titik 2, Q/dm, s dan sketsa diagram Ts. T1 = 600 R P1 = 20 psia P2 = 10 psia V1 = 360 ft/s A1 = A2 = 0.25 ft2 2 1 Q/dm CV Flow x y

Aliran Kompresibel

Aliran Kompresibel

Aliran Kompresibel P02 T T02 1 T01 P01 P02 Secara umum tekanan staknasi berkurang karena dipanaskan, dan bertambah karena pendinginan.

Thank You !

Mekanika Fluida II Jurusan Teknik Mesin FT. UNIMUS Julian Alfijar, ST Pertemuan: 6 Julian Alfijar, ST

Drag dan Lift Drag (Gaya Seret) : komponen gaya aliran yang bekerja pada suatu body yang sejajar dengan arah gerakan. Gaya seret yang terjadi pada suatu benda dalam aliran fluida merupakan fungsi : FD = f (d, V, µ, ) Tinjauan : friction drag, pressure drag, friction and pressure drag.

Drag dan Lift Friction Drag (gaya seret karena gesekan). Persamaan Umum :

Drag dan Lift Variasi CD dan angka Re untuk bidang rata yang halus dan sejajar aliran.

Drag dan Lift

Drag dan Lift Pressure Drag. Persamaan Umum : Untuk bidang yang tegak lurus arah aliran, gaya geser tidak terjadi. Persamaan Umum :

Drag dan Lift Distribusi tekanan sekeliling bola untuk aliran laminar dan turbulen dan dibandingkan terhadap aliran invisid.

Drag dan Lift

Drag dan Lift

Drag dan Lift Data CD untuk beberapa objek :

Drag dan Lift

Drag dan Lift

Drag dan Lift

Drag dan Lift Friction & Pressure Drag. Bentuk permukaan yang mengalami friction & pressure drop adalah silinder dan permukaan berbentuk bola.

Drag dan Lift a. Laminar b. Turbulen

Drag dan Lift Contoh : cerobong asap dengan dimensi D = 1m, L = 25 m terkena tiupan angin dengan kecepatan 50 km/jam pada kondisi udara standar. Hitung : bending momen yang terjadi pada pangkal cerobong.

Drag dan Lift L = 25 m FD L/2 D = 1 m P = 101 kPa T = 15oC

Drag dan Lift

Drag dan Lift Contoh : sebuah mobil dengan berat 1600 lbf, bergerak dengan kecepatan 240 mph direm dengan menggunakan parasut, dengan luas penampang parasut 25 ft2, CD = 1.2, pressure drag diabaikan dan udara = 0.0024 slug/ft3. Hitung : waktu yang diperlukan mobil untuk mencapai kecepatan 100 mph.

Drag dan Lift

Drag dan Lift Lift (Gaya Angkat) : komponen gaya fluida pada suatu body yang tegak lurus arah gerakan fluida. Persamaan Umum :

Drag dan Lift

Drag dan Lift

Drag dan Lift CL dan CD untuk airfoil adalah fungsi dari bilangan Reynolod dan sudut serang (angle of attack - ), yaitu sudut antara airfoil chord dengan vektor kecepatan freestream. CL dan CD untuk mempersentasikan data airfoil dalam bentuk 2D, yang diiriskan dari sayap panjang tak terhingga. Untuk sayap panjang terbatas, efek ujung akan mempengaruhi CL berkurang dan CD meningkat.

Drag dan Lift CD dan CL sebagai fungsi Re dengan 20 – 50% thickness ratio

Drag dan Lift Parameter yang biasa dipakai untuk menentukan pengaruh panjang sayap (span) dari suatu airfoil adalah aspek rasio. AP : plan form area (luas bentuk datarnya) , c : panjang chord

Drag dan Lift Contoh : Contoh alam : Pesawat glider, ar = 40 dan L/D = 40 Pesawat ringan, ar = 12 dan L/D = 20 Contoh alam : Burung yang senang terbang mengembara antar benua (burung albatros) : mempunyai sayap langsing (tipis tetapi panjang). Burung yang kebiasaannya bermanuver secara cepat untuk dapat menangkap mangsa (burung elang) mempunyai sayap pendek tetapi lebar.

Drag dan Lift Untuk airfoil yang terbatas, menurunnya harga lift disebabkan karena terjadinya perubahan bentuk aliran yang disebabkan oleh efek ujung. Sebaliknya gaya seret bertambah karena adanya kecepatan aliran udara secara vertikal kebawah (downwash velocities) yang disebabkan oleh induksi pusaran ekor (trailing vortices).

Drag dan Lift Downwash velocities (A) cenderung untuk mengurangi lift dan manaikkan drag karena efektivitas sudut serang dikurangi. A

Drag dan Lift Trailing vortex terjadi karena kebocoran aliran sekitar ujung sayap, dari daerah yang bertekanan tinggi pada permukaan bawah sayap ke daerah yang bertekanan rendah pada muka atas sayap. Trailing vortex bisa sangat kuat dan menimbulkan pusaran berat pada pesawat kecil yang terbang 5 – 10 mil dibelakang pesawat yang besar.

Drag dan Lift Pesawat agar bisa terbang, maka liftnya harus minimal sama dengan berat pesawat. Kecepatan mendarat minimum dari pesawat dikurangi dengan jalan manaikkan harga CLmax atau membesarkan luas sayap.

Drag dan Lift Ada dua cara untuk mengatur ataupun mengontrol kecepatan mendarat pesawat terbang : Mengontrol geometri sayap (dengan menggunakan flaps) Mengontrol boundary layer. Untuk mengurangi drag dan menaikkan lift, maka keadaan separasi (pecahnya boundary layer) harus diperlambat dengan cara : momentum aliran ditambah dengan jalan peniupan atau aliran boundary layer yang kecil momentum nya ditarik searah permukaan airfoil dengan pengisapan.

Drag dan Lift Pengaruh flaps pada karakteristik aerodinamik airfoil section.

Drag dan Lift Contoh : sebuah pesawat mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Berat = 3000 lbf Luas sayap = 300 ft2 Kecepatan take off = 100 ft/sec udara = 0.00238 slug/ft3 CL = 0.35 (1 + 0.2 ) CD = 0.008 (1 + ) Hitung :  dan daya untuk take off

Drag dan Lift

Thank You !