STUDI NUMERIK PENGARUH VARIASI KEMIRINGAN DAN KETINGGIAN STEP TERHADAP MEDAN ALIRAN MELALUBACKWARD-FACING STEP

Abstract

Penelitian ini mengkaji performa aliran saat melewati saluran tertutup berbentuk backward-facing step (BFS). Metode penelitian yang digunakan adalah Computational Fluid Dynamics (CFD) berbasis ANSYS FLUENT 2022 dengan model turbulensi k-ε realizable. Pengaruh kemiringan dan perubahan tinggi step terhadap karakteristik distribusi aliran disimulasikan dengan dua variasi bilangan Reynolds yaitu Re = 1,5 x 104 dan 9 x 104. Hasil simulasi dari penelitian ini mengungkapkan bahwa perubahan kemiringan dan ketinggian step menyebabkan perubahan pada zona resirkulasi. Dimana efek perubahan kemiringan step memperlihatkan bahwa semakin besar sudut kemiringan step menyebabkan semakin berkurangnya zona resirkulasi dan panjang reattachment yang terbentuk. Sebaliknya, semakin bertambah tinggi step menyebabkan semakin besar zona resirkulasi dan panjang jarak reattachment yang terbentuk. Pengaruh perubahan energi kinetik turbulen dan distribusi tekanan akibat perubahan kemiringan dan ketinggian step juga ditemukan dalam penelitian ini. Setiap pertambahan sudut kemiringan step menyebabkan energi kinetik turbulen dan distribusi tekanan semakin kecil. Sedangkan setiap kenaikan ketinggian step menyebabkan energi kinetik turbulen dan distribusi tekanan semakin besar. Efek perbedaan antara dua bilangan Reynolds yang diuji pada semua variasi kemiringan dan ketinggian step juga menghasilkan perubahan terhadap pola pembentukan resirkulasi dan panjang reattachment dari backward-facing step yang diuji.

This study aims to examine the flow performance when passing through a backward-facing step (BFS) channel. The method used in this research is Computational Fluid Dynamics (CFD) based on ANSYS FLUENT 16 with a realizable k-ε turbulence model. The effect of changing the height and slope of the steps on the flow characteristics is simulated with two different Reynolds numbers, namely Re = 1.5 x 104 and 9 x 104. The simulation results from this study reveal that changes in step height cause changes in the recirculation zone and reattachment distance, where The higher the step, the larger the recirculation zone and the longer the reattachment distance is formed. The effect of changing the slope angle of the steps in this study shows that the greater the slope of the steps, the less the recirculation zone and the reattachment length are formed. In this study it was also found that at each step height increase the turbulent kinetic energy increases. Meanwhile, the increase in the angle of inclination of the step causes the turbulent kinetic energy to decrease. The effect of changing the difference between the two Reynolds numbers tested did not produce significant changes to the pattern of recirculation formation and reattachment length with respect to all variations of step height and step slope from the backward-facing step that was tested.