Analisis Kinerja Hidrodinamika Lambung Kapal Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamics pada Variasi Kecepatan Operasi: Pendekatan RANS-VOF dengan Validasi Eksperimental
DOI:
https://doi.org/10.55642/eatij.v7i03.1275Keywords:
CFD; hambatan kapal; RANS k-ε realizable; Volume of Fluid; bilangan Froude; GCIAbstract
Prediksi hambatan kapal yang akurat merupakan prasyarat fundamental dalam desain lambung yang efisien. Penelitian ini menyajikan analisis kinerja hidrodinamika lambung kapal tipe mono-hull menggunakan metode Computational Fluid Dynamics (CFD) berbasis Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) dengan model turbulensi k-ε realizable dan pemodelan antarmuka bebas menggunakan Volume of Fluid (VOF). Kebaruan penelitian ini terletak pada: (1) kuantifikasi sistematis kontribusi komponen hambatan individual (hambatan gesek, hambatan bentuk, hambatan gelombang) pada rentang bilangan Froude 0,15–0,35 yang representatif untuk kapal feri penumpang; (2) analisis Grid Convergence Index (GCI) berbasis ekstrapolasi Richardson untuk kuantifikasi ketidakpastian diskretisasi; dan (3) korelasi distribusi tekanan permukaan dengan komponen hambatan viskos. Domain komputasi 1,2 juta sel dengan lapisan prismatik 12 lapis (y+ = 15–30) divalidasi terhadap data towing tank menghasilkan deviasi rata-rata 3,7% (ITTC < 5%). Hambatan gelombang menjadi komponen dominan (>50%) pada Fr ≥ 0,35 dengan transisi kritis Fr = 0,25. Koefisien hambatan total minimum CT = 5,38×10⁻³ dicapai pada Fr = 0,20. Hasil penelitian memberikan basis kuantitatif untuk optimasi desain lambung dan pemilihan kecepatan operasi ekonomis.
Downloads
References
IMO, 2023, Fourth IMO Greenhouse Gas Study 2020, International Maritime Organization, London.
Buhaug, Ø. et al., 2009, Second IMO GHG Study 2009, International Maritime Organization, London.
Molland, A. F., Turnock, S. R., and Hudson, D. A., 2017, Ship Resistance and Propulsion: Practical Estimation of Ship Propulsive Power, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge.
Stern, F., Wilson, R., and Shao, J., 2006, Quantitative V&V of CFD simulations and certification of CFD codes, Int. J. Numer. Meth. Fluids, vol. 50, no. 11, pp. 1335–1355.
Larsson, L., Stern, F., and Visonneau, M. (eds.), 2014, Numerical Ship Hydrodynamics: An Assessment of the Gothenburg 2010 Workshop, Springer, Dordrecht.
Kim, W. J., Van, S. H., and Kim, D. H., 2001, Measurement of flows around modern commercial ship models, Exp. Fluids, vol. 31, no. 5, pp. 567–578.
Carrica, P. M., Wilson, R. V., and Stern, F., 2007, An unsteady single-phase level set method for viscous free surface flows, Int. J. Numer. Meth. Fluids, vol. 53, no. 2, pp. 229–256.
Bertram, V., 2012, Practical Ship Hydrodynamics, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford.
Faltinsen, O. M., 2005, Hydrodynamics of High-Speed Marine Vehicles, Cambridge University Press, Cambridge.
Shih, T. H., Liou, W. W., Shabbir, A., Yang, Z., and Zhu, J., 1995, A new k-ε eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flows, Comput. Fluids, vol. 24, no. 3, pp. 227–238.
Hirt, C. W. and Nichols, B. D., 1981, Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries, J. Comput. Phys., vol. 39, no. 1, pp. 201–225.
Roache, P. J., 1998, Verification and Validation in Computational Science and Engineering, Hermosa Publishers, Albuquerque.
Hino, T. (ed.), 2005, CFD Workshop Tokyo 2005, National Maritime Research Institute, Tokyo.
ITTC, 2017, ITTC – Recommended Procedures and Guidelines: Uncertainty Analysis in CFD Verification and Validation, No. 7.5-03-01-01, International Towing Tank Conference.
Newman, J. N., 1977, Marine Hydrodynamics, MIT Press, Cambridge, MA.
