1. Laminar dan
Turbulen
Orang yang
pertama kali membedakan aliran laminar dan turbulen adalah Osborne Reynolds
yang membuat bilangan Reynolds, Re = ρVD/μ. Aliran tersebut merupakan aliran
dalam pipa.
a. Laminar
Aliran laminar terjadi apabila
partikel-partikel fluida bergerak teratur dengan membentuk garis lintasan
kontinyu dan tidak saling berpotongan. Aliran laminar mempunyai kecepatan alir
yang rendah dengan kekentalan yang besar. Aliran laminar mempunyai bilangan
Reynolds < 2100. Untuk aliran laminar dalam pipa,
hanya terdapat satu komponen kecepatan yaitu
Aliran turbulen terjadi apabila
partikel-partikel fluida bergerak tidak teratur dan garis lintasannya saling
berpotongan. Aliran turbulen mempunyai kecepatan alir yang besar dengan
kekentalan yang rendah. Aliran turbulen mempunyai bilangan
Reynolds > 4000. Untuk aliran turbulen dalam pipa, komponen kecepatannya
merupakan komponen acak yaitu
2. Newtonian dan
non-Newtonian
a.
Newtonian
Fluida Newtonian adalah fluida yang
tegangan gesernya linier terhadap laju regangan geser atau laju deformasi
angular. Tegangan geser ini merupakan interaksi antara fluida dengan batas
padat yang diberi gaya pada suatu luasan efektif. Sedangkan regangan geser
adalah perpindahan sudut antara titik-titik awal fluida saat luasan efektif
diam dengan titik-titik fluida setelah luasan efektif diberi suatu gaya dengan
kecepatan tertentu.
Pada fluida Newtonian, viskositasnya
tetap dan tidak akan berubah meskipun terdapat gaya yang bekerja. Contoh fluida
Newtonian adalah air.
b.
non-Newtonian
Fluida non-Newtonian adalah fluida yang
tegangan gesernya tidak linier terhadap laju regangan geser. Pada fluida
non-Newtonian, viskositasnya berubah bila terdapat gaya yang bekerja. Perubahan
ini dapat berupa viskositas yang mengecil, contohnya cat lateks yang digoreskan
pada dinding, dan juga viskositas yang membesar, contohnya pada adonan,
misalnya campuran air dan tepung.
3. Compressible
dan incompressible
a.
Compressible
Fluida yang compressible adalah fluida
yang kerapatannya dapat berubah karena perubahan tekanan dan temperatur. Contoh
fluida compressible adalah gas nitrogen dan oksigen.
b.
Incompressible
Fluida yang incompressible adalah fluida
yang kerapatannya konstan terhadap perubahan tekanan. Contoh fluida
incompressible adalah air.
4. Inviscid dan
Viscous
a.
Inviscid
Fluida inviscid
adalah fluida yang tidak viscous. Viskositas muncul karena adanya tegangan
geser atau gesekan fluida. Fluida seperti udara mempunyai viskositas kecil
sehingga dapat diabaikan. Tegangan normal pada fluida inviscid tidak tergantung
pada arah. Aliran inviscid digunakan dalam mengembangkan persamaan Bernoulli.
Persamaan
Bernoulli:
Persamaan
Bernoulli untuk aliran inviscid:
b. Viscous
Fluida memiliki sifat viscous
(viskositas), dimana fluida selalu melekat pada batas padat fluida. Meskipun
fluida ini bergerak, fluida akan selalu melekat pada batas padat yang
melingkupinya. Fluida yang bergerak dapat menimbulkan tegangan geser. Tegangan
geser (τ) ini merupakan interaksi antara fluida dengan batas padat yang diberi gaya
(P) pada suatu luasan efektif (A).
Interaksi yang terjadi berupa pertemuan permukaan antara benda padat dan fluida
yang kemudian terjadi kesetimbangan, dimana tegangan geser yang muncul pada
suatu luasan efektif besarnya akan sebanding dengan gaya yang bekerja pada
batas padat. Ini dapat dituliskan pada persamaan:
P = τ.A
Pada eksperimen dengan suatu fluida yang
ditempatkan diantara dua pelat sejajar yang lebar dimana pelat atas dapat
digerakkan, sedangkan yang lainnya diam, terlihat bahwa tegangan geser yang
terjadi akan menimbulkan regangan geser. Ketika pelat atas digerakkan, akan trerjadi
perpindahan sudut (δβ) antara titik-titik awal fluida saat pelat atas diam
dengan titik-titik fluida setelah pelat atas digerakkan dengan gaya P sejauh δa dengan kecepatan U tertentu.
Perbedaan sudut inilah yang disebut regangan geser. Kemudian dengan
memperhitungkan variabel yang ada, seperti gaya yang bekerja, tegangan geser,
regangan geser, gradien kecepatan pelat, dan jarak pergerakkan pelat, ditemukan
suatu hubungan dalam persamaan:
Nilai viskositas tergantung pada jenis
fluida dan temperatur fluida, dimana semakin besar temperatur viskositasnya
akan semakin kecil.
5. Steady dan Unsteady
a.
Steady
Steady berarti tunak (tetap/konstan).
Aliran fluida yang tunak adalah aliran dimana pada sebuah garis arus
tertentuvariabel dari aliran seperti kecepatan, tekanan, kerapatan, dan debit
fluida tersebut hanya dalam fungsi s,
yaitu lokasi (posisi partikel) diswepanjang garis arus tersebut (V = V(s), P = P(s), ρ = ρ(s), Q = Q(s)). Hal ini dapat diartikan bahwa dapat
terjadi perubahan pada variabel tersebut pada suatu tempat tertentu, tetapi
akan konstan terhadap waktu. Hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut:
Aplikasi dari aliran tunak ini ada pada
persamaan Bernoulli, dimana asumsi-asumsi yang digunakan pada persamaan
tersebut bahwa kecepatan alirannya konstan terhadap waktu.
b. Unsteady
Usteady berarti tak tunak. Aliran fluida
yang tak tunak adalah aliran dimana pada sebuah garis arus tertentu variabel
aliran, seperti kecepatan, tekanan, kerapatan, dan debit fluida, tidak hanya
dalam fungsi s melainkan juga dalam
fungsi waktu (V = V(s, t), P = P(s, t), ρ = ρ(s, t),
Q = Q(s, t)). Hal ini dapat diartikan bahwa dapat terjadi perubahan variabel
tersebut pada suatu tempat tertentu dan juga berubah dengan waktu. Sehingga
untuk mendapatkan percepatan aliran digunakan persamaan:
Ketidak-tunakan iniyang menjadi
kelemahan dari persamaan awal Bernoulli. Namun kemudian dapat dimodifikasi
dengan menyisipkan efek ketidak-tunakan, sehingga persamaan menjadi:
6. Onephase dan
Multiphase
a.
Onephase
Aliran fluida onephase adalah aliran
fluida yang dalam satu alirannya hanya berupa satu wujud zat. Misalnya dalam
suatu sistem perpipaan PDAM, fluida yang dialirkan adalah air dalam bentuk cair
mulai dari kolam penampung hingga mulut keran konsumennya.
b.
Multiphase
Aliran fluida multiphase adalah aliran
fluida yang dalam satu alirannya dapat terdiri dari dua atau lebih wujud zat
yang perubahannya terjadi secara simultan. Misalnya dalam kolom destilasi, fluida
yang mengalir mula-nula berupa uap yang kemudian setelah didestilasi berubah
menjadi cairan. Contoh lain adalah pada sistem boiler dan kondensor dimana
wujud fluida yang mengalir berupa steam-cair.
7. Internal flow
dan External flow
a. Internal flow
Aliran dalam adalah aliran yang mengalir
melalui saluran tertutup. Contohnya lairan dalam pipa dan sambungan. Pada
daliran dalam, gaya yang berperan adalah gaya inersia dan viskositas. Analisis
aliran ini memperhitungkan geometri sistem yng berupa dimensi panjang. Selain
itu, analisis aliran ini juga memperhitungkan tingkat kekasaran permukaan dalam
yang bersentuhan dengan sistem aliran.
b. External flow
Aliran luar berarti aliran yang melewati
benda-benda yang terendam dalam fluida. Contohnya aliran air disekitar kapal
selam dan aliran udara disekitar bola golf yang tengah melambung di udara.
Analisis aliran ini memperhitungkan geometri benda, yaitu benda dua dimensi,
simetri sumbu, dan tiga dimensi. Selain itu, analisis aliran ini juga
mempertimbangkan karakteristik benda, apakah benda tersubut dibuat mulus
seperti arur (seperti mobil balap) atau tumpul (seperti parasut).
8. Rotational
dan Irrotational
a. Rotational
Aliran rotasional terjadi apabila setiap
partikel fluida mempunyai kecepatan sudut terhadap pusat massanya. Hal ini
dapat diartikan bahwa aliran rotasional (partikel fluida yang berotasi) terjadi
apabila distribusi kecepatan tidak merata.
b. Irrotational
Aliran tak rotasional terjadi apabila
distribusi kecepatan di tiap dinding batas merata sehingga patikel fluida
tersebut tidak berotasi terhadap pusat massanya.
