Aliran Fluida dan Hambatan Pada Body Kapal

Hidrodinamika klasik pada kapal ditunjukkan pada gambar di bawah. Saat fluida bergerak melewati body, jarak antara streamlines berubah, dan kecepatan aliran berubah, karena streamline aliran massa adalah konstan. Teorema Bernouilli berlaku dan ada perubahan tekanan yang sesuai.

(P/ρ)+(v²/2)+gh = konstan ; P= Tekanan, ρ= massa jenis, v= Kecepatan, g= percepatan gravitasi, h= elevasi

Teori hidrodinamika sederhana berkaitan dengan cairan tanpa viskositas. Dalam non- cairan kental tubuh yang terendam dalam tidak mengalami perlawanan. Meskipun cairan terganggu oleh perjalanan tubuh, ia kembali ke tempatnya keadaan istirahat semula setelah tubuh berlalu. Akan ada kekuatan lokal bekerja pada body tetapi ini akan membatalkan satu sama lain ketika terintegrasi di seluruh body. Kekuatan lokal ini disebabkan oleh perubahan tekanan disebabkan oleh perubahan kecepatan dalam aliran fluida.

Dalam mempelajari dinamika fluida berguna untuk mengembangkan sejumlah parameter nondimensi yang mencirikan aliran dan kekuatan. Parameter ini didasarkan pada sifat fluida. Sifat fisik dari hambatan adalah massa jenis ρ, viskositas μ, dan tekanan statis fluida p. R adalah hambatan, V sebagai kecepatan dan L adalah panjang, dimensi analisis mengacu pada sebuah hambatan:

R = f [L^aV^bρ^cμ^dg^ep^f]

Jenis-jenis Hambatan

Ketika benda bergerak berada di dekat atau pada permukaan bebas fluida, variasi tekanan di sekitarnya dimanifestasikan sebagai gelombang di permukaan. Energi dibutuhkan untuk mempertahankan gelombang ini dan ini menyebabkan resistensi/hambatan. Juga semua fluida adalah kental/viscous dan menyebabkan pergerakan melalui gaya tangensial yang melawan gerak. Karena caranya mereka muncul dua resistensi yang dikenal sebagai resistensi pembuat gelombang dan resistensi kental atau gesekan.

Wave-making Resistance

Benda yang bergerak di atas permukaan air yang tidak terganggu menciptakan berbagai bidang tekanan yang memanifestasikan dirinya sebagai gelombang karena tekanan di permukaan harus konstan dan sama dengan tekanan atmosfer. Dari pengamatan saat benda bergerak dengan kecepatan tetap, pola gelombang tampaknya tetap sama dan bergerak dengan tubuh. Dengan mengirimkan energi untuk menciptakan dan memelihara sistem gelombang ini harus disediakan oleh sistem propulsi kapal. Dengan kata lain, ombak menimbulkan gaya hambat pada kapal yang harus dilawan oleh propulsor jika kapal tidak ingin diperlambat. Gaya hambat ini adalah wave-making resistance.

Frictional Resistance

Air kental/viscous dan kondisi kesamaan dinamis adalah geometris kesamaan dan keteguhan bilangan Reynolds. Karena viskositas partikel yang berbatasan langsung dengan lambung menempel padanya dan bergerak ke arah kecepatan kapal. Di kejauhan dari lambung air sedang diam. Di sana ada gradien kecepatan yang paling dekat dengan lambung kapal. Volume dari air yang bergerak dengan tubuh dikenal sebagai lapisan batas. Ketebalan biasanya didefinisikan sebagai jarak dari lambung kapal kecepatan air adalah 1 persen dari kecepatan kapal.

Resistensi fraksional dikaitkan dengan Reynolds karena penelitian tersebut dia membuat aliran melalui pipa. Dia menunjukkan bahwa ada dua perbedaan jenis aliran. Yang pertama, aliran laminar, setiap partikel fluida mengikuti partikelnya sendiri jalur yang disederhanakan tanpa perpindahan massa antara lapisan yang berdekatan. Ini aliran hanya terjadi pada bilangan Reynolds yang relatif rendah.Jika bilangan reynold lebih tinggi dan pola aliran tidak stabil disebut aliran turbulen.

Viscous Pressure Resistance

Dalam cairan tidak kental, garis aliran melewati benda dekat di belakangnya menciptakan tekanan yang menyeimbangkan mereka yang bekerja di bagian depan tubuh. Dengan viskositas, ini tidak terjadi sepenuhnya dan gaya tekanan pada benda belakang lebih kecil dari pada benda depan, Juga di mana ada perubahan yang cepat dari bagian aliran pecah dari lambung dan pusaran dibuat.

Efeknya bisa diminimalisir dengan merampingkan bentuk body kapal sehingga perubahan bagian lebih bertahap. Namun, kapal biasa memiliki banyak fitur yang cenderung menghasilkan pusaran. Transom buritan dan buritan bingkai adalah contohnya. Penghasil eddy lainnya dapat berupa pelengkap seperti lambung kapal, kemudi dan sebagainya. Keel lambung kapal disejajarkan dengan garis aliran air yang halus, sebagaimana ditentukan dalam saluran air yang bersirkulasi, untuk meminimalkan efeknya. Di muatan lain dan saat kapal dalam gelombang lunas lambung cenderung menciptakan pusaran. Demikian pula kemudi dibuat sesederhana mungkin dan gangguan aliran di sekitar mereka tertunda dengan cara ini sampai mereka ditempatkan pada sudut yang cukup besar. Di multi-harus kapal lengan braket poros diproduksi dengan bagian yang ramping dan diselaraskan dengan aliran lokal mati. Ini penting tidak hanya untuk resistensi tetapi untuk meningkatkan aliran air ke baling-baling.

Appendage Resistance

Appendage/pelengkap seperti kemudi, lambung kapal, poros bracket dan bossings, dan stabilizer. Setiap pelengkap memiliki karakteristik panjang dan oleh karena itu, jika melekat pada model, akan berjalan dengan bilangan Reynolds efektif berbeda dari model utama. Jadi, meskipun mematuhi hukum penskalaan yang sama, ketahanannya akan meningkat berbeda dengan skala penuh. Itu sebabnya model resistensi dijalankan telanjang. Ini berarti bahwa beberapa kelonggaran harus dibuat untuk resistensi pelengkap untuk memberikan resistensi total kapal. Kelonggaran dapat diperoleh dengan menguji pelengkap secara terpisah dan penskalaan ke kapal. Untungnya penambahan keseluruhan umumnya relatif kecil, katakanlah 10 sampai 15 persen dari hambatan lambung, dan kesalahan dalam penilaian mereka cenderung tidak kritis.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR MARITIM LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Tupper, E.C. 1996. Introduction to Naval Architecture 3^rd Edition. Oxford: Butterworth-Heinemann.

Author: admin