Perpustakaan Digital ITB

Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh geometri kekasaran terhadap pola aliran, distribusi tegangan geser, dan gaya hambat pada aliran fluida tunggal, serta terhadap deformasi antarmuka fluida pada sistem dua fluida tak bercampur. Simulasi dilakukan menggunakan pendekatan numerik berbasis metode volume-hingga. Untuk aliran fluida tunggal, simulasi dilakukan dalam dua dan tiga dimensi, sedangkan untuk sistem dua fluida dibatasi pada simulasi dua dimensi. Kekasaran diterapkan pada salah satu dinding kanal mikroskopis lurus, yang diidealisasi sebagai representasi kanal dalam media berpori. Variasi bentuk kekasaran yang dikaji mencakup persegi panjang, segitiga, dan setengah elips untuk simulasi dua dimensi, serta balok, kerucut, dan setengah elipsoid untuk simulasi tiga dimensi. Selain itu, parameter geometrik yang divariasikan meliputi rasio s/d dan h/d, dengan s adalah jarak antar undakan, h adalah tinggi undakan, dan d adalah lebar undakan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa bentuk kekasaran tajam menghasilkan vorteks kuat dan distribusi tegangan geser tidak merata, terutama pada bilangan Reynolds tinggi (Re > 250). Kekasaran melengkung memberikan aliran yang lebih stabil. Rasio s/d besar mengurangi gangguan aliran, sedangkan rasio h/d tinggi memperkuat efek gangguan dan gaya hambat total. Dalam aliran 2D, kekasaran relatif (?r) berkorelasi dengan gaya hambat total, sedangkan pada 3D, gaya viskos lebih dominan, khususnya untuk kekasaran berbentuk elipsoid dan kerucut. Untuk sistem dua fluida, interaksi antarmuka sangat dipengaruhi bentuk kekasaran, sudut kontak intrinsik (?C), bilangan kapiler (Ca), dan rasio viskositas. Kekasaran berbentuk persegi panjang memicu deformasi antarmuka dan pembentukan gelembung, sedangkan kekasaran berbentuk segitiga lebih stabil. Peningkatan ?C dan Ca memperkuat deformasi dan instabilitas antarmuka. Studi kasus menggunakan air, minyak, dan CO2 menunjukkan bahwa meskipun bentuk antarmuka bervariasi secara lokal, laju perambatan antarmuka relatif tidak berbeda secara signifikan, dengan perbedaan maksimum sebesar 2.3%.