Analisis Numerik Long Duration Sloshing Single-Phase dan Two-Phase Pada Tangki Prismatik Menggunakan Metode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

*Ariq Fadhlurrahman Rahardjo  -  Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. , Indonesia
Andi Trimulyono scopus  -  Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. , Indonesia
Parlindungan Manik scopus  -  Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro. , Indonesia
Received: 17 Jul 2020; Published: 13 Nov 2020.
View
Open Access
Citation Format:
Abstract

Meningkatnya permintaan liquefied natural gas (LNG) berpengaruh terhadap kapasitas kapal pembawa LNG. Selama LNG diangkut melalui jalur laut terdapat fenomena berbahaya yang disebut dengan sloshing. Fenomena sloshing pada kapal LNG sangat berbahaya karena fenomena sloshing dapat menyebabkan ledakan pada tangki akibat benturan bertekanan tinggi di dalam tangki. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis tangki kapal LNG pada kondisi single-phase dan two-phase menggunakan metode smoothed particle hydrodynamics (SPH) dengan durasi simulasi yang panjang. SPH merupakan metode partikel yang digunakan dalam simulasi aliran permukaan bebas dengan memecahkan persamaan lagrangian secara numerik, Pada penelitian ini eksperimen dilakukan di National Research Institue of Fishing Engineering menggunakan tangki prismatik dengan mesin yang dapat melakukan gerakan pada 4 degree of freedom serta menggunakan 3 sensor pengukur tekanan pada sudut tangki. Eksperimen dilakukan secara berulang dengan rasio pengisian, amplitudo, dan frekuensi eksternal yang berbeda. Selanjutnya, dilakukan 2D long duration simulation sloshing single-phase dan two-phase pada kondisi yang sama dengan eksperimen. Simulasi two-phase dilakukan untuk mengetahui pengaruh fasa udara terhadap fenomena sloshing menggunakan metode SPH. Hasil dari penelitian ini menampilkan perbandingan nilai rata-rata tekanan dan rata-rata puncak tekanan antara eksperimen dengan simulasi SPH yang memiliki tren hasil sama untuk tekanan impak. Tekanan statis menunjukan hasil yang akurat dimana selisih dengan hasil analitik dibawah 3.0 persen.

Keywords: sloshing; SPH; single-phase; two-phase; long duration simulation

Article Metrics:

  1. J. J. Monaghan, “Simulating free surface flows with SPH,” J. Comput. Phys., 1994, doi: 10.1006/jcph.1994.1034
  2. A. Trimulyono, H. Hashimoto, and A. Matsuda, “Experimental validation of single- and two-phase smoothed particle hydrodynamics on sloshing in a prismatic tank,” J. Mar. Sci. Eng., vol. 7, no. 8, 2019, doi: 10.3390/jmse7080247
  3. M. D. Green and J. Peiró, “Long duration SPH simulations of sloshing in tanks with a low fill ratio and high stretching,” Comput. Fluids, 2018, doi: 10.1016/j.compfluid.2018.07.006
  4. C. V. Makris, C. D. Memos, and Y. N. Krestenitis, “Numerical modeling of surf zone dynamics under weakly plunging breakers with SPH method,” Ocean Model., 2016, doi: 10.1016/j.ocemod.2015.12.001
  5. A. Barreiro, A. J. C. Crespo, J. M. Domínguez, and M. Gómez-Gesteira, “Smoothed Particle Hydrodynamics for coastal engineering problems,” Comput. Struct., 2013, doi: 10.1016/j.compstruc.2013.02.010
  6. X. Y. Cao, F. R. Ming, and A. M. Zhang, “Sloshing in a rectangular tank based on SPH simulation,” Appl. Ocean Res., 2014, doi: 10.1016/j.apor.2014.06.006
  7. G. R. Liu and M. B. Liu, Smoothed Particle Hydrodynamics - A Meshfree Particle Method. 2010
  8. H. Wendland, “Piecewise polynomial, positive definite and compactly supported radial functions of minimal degree,” Adv. Comput. Math., 1995, doi: 10.1007/BF02123482
  9. A. Colagrossi and M. Landrini, “Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particle hydrodynamics,” J. Comput. Phys., 2003, doi: 10.1016/S0021-9991(03)00324-3
  10. A. Mokos, B. D. Rogers, P. K. Stansby, and J. M. Domínguez, “Multi-phase SPH modelling of violent hydrodynamics on GPUs,” Comput. Phys. Commun., 2015, doi: 10.1016/j.cpc.2015.06.020
  11. J. J. Monaghan, “Smoothed Particle Hydrodynamics,” Annu. Rev. Astron. Astrophys., 1992, doi: 10.1146/annurev.aa.30.090192.002551
  12. D. Molteni and A. Colagrossi, “A simple procedure to improve the pressure evaluation in hydrodynamic context using the SPH,” Comput. Phys. Commun., 2009, doi: 10.1016/j.cpc.2008.12.004
  13. M. Antuono, A. Colagrossi, S. Marrone, and D. Molteni, “Free-surface flows solved by means of SPH schemes with numerical diffusive terms,” Comput. Phys. Commun., 2010, doi: 10.1016/j.cpc.2009.11.002
  14. M. Antuono, A. Colagrossi, and S. Marrone, “Numerical diffusive terms in weakly-compressible SPH schemes,” Comput. Phys. Commun., 2012, doi: 10.1016/j.cpc.2012.07.006
  15. B. J. Leimkuhler, S. Reich, and R. D. Skeel, Mathematical Approaches to Biomolecular Structure and Dynamics. 1996
  16. J. J. Monaghan and A. Kos, “Solitary waves on a cretan beach,” J. Waterw. Port, Coast. Ocean Eng., 1999, doi: 10.1061/(asce)0733-950x(1999)125:3(145)
  17. A. J. C. Crespo, M. Gómez-Gesteira, and R. A. Dalrymple, “Boundary conditions generated by dynamic particles in SPH methods,” Comput. Mater. Contin., 2007, doi: 10.3970/cmc.2007.005.173
  18. S. J. Lind, R. Xu, P. K. Stansby, and B. D. Rogers, “Incompressible smoothed particle hydrodynamics for free-surface flows: A generalised diffusion-based algorithm for stability and validations for impulsive flows and propagating waves,” J. Comput. Phys., 2012, doi: 10.1016/j.jcp.2011.10.027
  19. O. M. Faltinsen, “Sloshing,” Adv. Mech., 2017, doi: 10.6052/1000-0992-16-017