Simulasi Computational FLuid Dynamics (CFD) pada ruang bakar

Ruang bakar atau sering disebut combustor sering kali dijumpai pada berbagai aplikasi; yang paling umum adalah pada turbin gas baik untuk pembangkit listrik maupun propulsi jet pesawat terbang. Terkadang combustor juga digunakan untuk proses kimia yang membutuhkan bantuan pembakaran atau suhu yang sangat tinggi.

rinsip pembakaran secara sederhana adalah reaksi kimia antara karbon atau hidrogen, dan oksigen. Kalor muncul saat reaksi berlangsung. Hasil dari pembakaran secara ideal adalah karbon dioksida dan air (H2O). Secara rumus stoikiometri dapat ditulis menjadi:

CH4 (Metana) + 4O (Oksigen) -> 2H2O (air) + CO2 (Karbon dioksida) + Heat (kalor)

4 mol oksigen diperlukan untuk membakar 1 mol metana. Hasil pembakaran adalah 1 mol karbon dioksida dan 2 mol air.

Prinsip kerja ruang bakar pada turbin gas hampir mirip seperti ruang bakar pada engine kendaraan bermotor. Saluran bahan bakar akan disemprotkan menuju ruang bakar bersamaan dengan udara bertekanan dari kompressor. Kemudian percikan api dari spark plug dinyalakan sehingga campuran bahan bakar, udara, dan percikan api spark plug terbakar dan menghasilkan udara panas bertekanan sangat tinggi. Lalu udara panas bertekanan ini akan diteruskan ke turbin untuk menghasilkan buangan udara jet dan memutar kompressor.

Karena kompleksitas fenomena yang terjadi di dalam ruang bakar, baik untuk interaksi fluida, kalor, bahkan kimia yang terjadi di dalamnya, membuat desain ruang bakar menjadi sangat sulit dilakukan secara presisi bahkan tidak mungkin dengan analitis matematika murni.

Salah satu metode yang sudah cukup well-established adalah menggunakan metode komputasi untuk memodelkan aliran fluida dan reaksi kimia yang dikenal juga dengan istilah Computational Fluid Dynamics (CFD).

simulasi pola streamline dalam combustor dengan CFD software openFOAM

simulasi distribusi tekanan dalam combustor dengan CFD software openFOAM

Tidak hanya memperhitungkan aliran karena tekanan yang terjadi dalam ruang bakar, menggunakan CFD kita memungkinkan untuk memodelkan semua proses kimia yang terjadi dan juga kalor yang dihasilkan oleh reaksi tersebut.

Selain parameter-parameter seperti kecepatan, tekanan, dan temperature, menggunakan CFD kita dapat membuat plot masing-masing spesies misalkan O2, CO2, H20, dan juga berbagai macam emisinya.

simulasi mass fraction bahan bakar dalam combustor dengan CFD software openFOAM

Meskipun memiliki kapabilitas dan hasil yang cukup detail dan komprehensif, namun bagi operator yang belum terbiasa menggunakan CFD dapat menjadi kesulitan tersendiri dalam mempelajari nya. Kami memberikan solusi berupa project support serta konsultasi simulasi pada ruang bakar.