Optimasi Struktur Tubercle Pada Desain Airfoil Baling Kipas Untuk Meningkatkan Lift-To-Drag Ratio Menggunakan Metode Taguchi Dan Computational Fluid Dynamics (Cfd)
DOI:
https://doi.org/10.34818/eoe.v9i3.18094Abstract
Abstrak
Perancangan desain baling kipas dimodelkan melalui geometri airfoil. Geometri ini memberikan keuntungan hasil aliran yang dinilai melalui parameter performa berupa lift-to-drag ratio (LtD). LtD memiliki efek simetris terhadap peningkatan torsi, dimana torsi akan direpresentasikan melalui baling-baling kemudian menghasilkan aliran udara. Dengan peningkatan parameter performa airfoil (LtD) diharap dapat memberikan peningkatan pada hasil aliran kipas. Dalam pengembangan parameter desain, didapatkan sebuah struktur dari inspirasi sirip paus bungkuk berupa struktur tubercle yang dibentuk melalui model gelombang sinus. Struktur memiliki faktor utama berupa panjang gelombang dan amplitudo. Struktur ini secara luas diterapkan untuk memberikan peningkatan terkait kinerja airfoil. Hal ini didasarkan pada kemampuan struktur melalui sifat lift yang tinggi dan drag yang rendah. Sehingga dalam studi ini struktur digunakan untuk mengoptimalkan model desain airfoil pada bilah kipas sehingga dapat memberikan peningkatan performa yang lebih baik. Model kipas dibentuk melali computer aided design (CAD) dengan penerapan basis data airfoil dari national advisory committee for aeronautics (NACA) untuk mempermudah proses desain. Struktur tubercle ditelusuri lebih lanjut melalui Metode Taguchi dengan dilakukan simulasi melalui computational fluid dynamics (CFD), dengan desain terpilih dilakukan proses validasi. Didapatkan peningkatan 9% pada lift dan penurunan drag sebesar 36% atau 69% peningkatan pada lift-to-drag ratio, dan peningkatan aliran sebesar 8.5%.
Kata kunci: Struktur Tubercle, airfoil, lift-to-drag ratio, kipas, Metode Taguchi, computational fluid dynamics.
References
1 Lee, Y. T., & Lim, H. C. (2016). Performance assessment of various fan ribs inside a centrifugal blower. Energy, 94, 609–622. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.11.007
2 Ketata, A., Driss, Z., & Abid, M. S. (2020). Impact of blade number on performance, loss and flow characteristics of one mixed flow turbine. Energy, 203, 117914. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117914
3 Gudmundsson, S. (2014). The Anatomy of the Airfoil. In General Aviation Aircraft Design. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-397308-5.00008-8
4 Huang, C. H., & Gau, C. W. (2012). An optimal design for axial-flow fan blade: Theoretical and experimental studies. Journal of Mechanical Science and Technology, 26(2), 427–436. https://doi.org/10.1007/s12206-011-1030-7
5 Sanjeevi, S. K. P., Kuipers, J. A. M., & Padding, J. T. (2018). Drag, lift and torque correlations for non-spherical particles from Stokes limit to high Reynolds numbers. International Journal of Multiphase Flow, 106, 325–337. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2018.05.011
6 Wang, Z., Wang, Y., & Zhuang, M. (2018b). Improvement of the aerodynamic performance of vertical axis wind turbines with leading-edge serrations and helical blades using CFD and Taguchi method. Energy Conversion and Management, 177(May), 107–121. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.09.028
7 Corsini, A., Delibra, G., & Sheard, A. G. (2013). On the role of leading-edge bumps in the control of stall onset in axial fan blades. Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME, 135(8), 1–9. https://doi.org/10.1115/1.4024115
8 Lubis, M. M. (2012). Analisis Aerodinamika Airfoil NACA 2412 Pada Sayap Pesawat Model Tipe Glider dengan Menggunakan Software Berbasis Computational Fluid Dynamics untuk Memperoleh Gaya Angkat Maksimum. Jurnal E-Dinamis, II(2), 23–33.
9 Aftab, S. M. A., Razak, N. A., Mohd Rafie, A. S., & Ahmad, K. A. (2016). Mimicking the humpback whale: An aerodynamic perspective. Progress in Aerospace Sciences, 84, 48–69. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2016.03.002
10 Ivanić, K.-Z., Tadić, Z., & Omazić, M. (2015). BIOMIMICRY – AN OVERVIEW. The Holistic Approach to Environment.
11 Fish, F. E., & Battle, J. M. (1995). Hydrodynamic design of the humpback whale flipper. Journal of Morphology, 225(1), 51–60. https://doi.org/10.1002/jmor.1052250105
12 Watts, P., & Fish, F. E. (2001). The influence of passive, leading edge tubercles on wing performance. Proc. Twelfth Intl. Symp. Unmanned Untethered Submers. Technol., Durham New Hampshire, 2–9. http://www.otherpower.com/images/scimages/2637/leading_edge_tubercles.pdf
