Pratama Blog's: UTS CFD Aliran Diantara 2 Plat

Berikut merupakan salah satu soal UTS CFD yang diminta untuk dijelaskan persamaan numerik dan analitisnya untuk kasus aliran laminar diantara 2 plat :

Kalau kita telaah lagi, untuk dasar dari berbagai simulasi fluida maka awal persaamaan dikembangkan oleh Navier-Stoke :

Sedangkan persamaan dari Navier_stoke merupakan persamaan yang dikembangkan dari persamaan momentum. Dari persamaan diatas, maka dapat disederhanakan menjadi :

Berikut langkah pengerjaannya:
A. Pre-Prepocessing
1. Tentukan domain dan jumlah cell yang kita inginkan

2. Tentukan daerah inlet 1 dan inlet 2 ( untuk inlet 1 terletak disebelah kiri dan inlet 2 terletak di sebelah kanan)

3. Masukkan nilai kondisi sempadan berupa tekanan sebesar 13,5 Pa untuk inlet 1 dan 1,5 Pa untuk inlet 2 dengan mencentang inlet tekanan statik (kalau dilihat ada perbedaan nilai tekana 1 dan 2, hal ini disengaja agar ada perbedaan sekitar 12 Pa seperti yang diminta soal)

4. Bangun grid yang terdiri dari 2 sumbu yaitu sumbu-x dan sumbu-y

Sumbu x
bangun grid (bg) ---> pilih 1 (sumbu-x)---> inisial segment (is)----> jumlah segmen 2---> jarak anta segmen 0 . 0,5 dan 1 ---> pembagian jumlah cell 1 adalah 28 dan jumlah cell 2 adalah 20---> modif segmen---> segmen 1--->semua bawaan yang dimasukkan nilai hanya untuk faktor pemberat titil mula diberi nilai 3 agar cell yang dihasilkan lebih rapat

Sumbu y
bangun grid (bg) ---> pilih 2 (sumbu-y)---> inisial segment (is)----> jumlah segmen 3---> jarak anta segmen 0 . 0,025 . 0,075 dan 0,1 ---> pembagian jumlah cell 1 adalah 10 , jumlah cell 2 adalah 8, jumlah cell 3 adalah 10---> modif segmen---> segmen 3---> semua bawaan yang dimasukkan nilai hanya untuk faktor pemberat titil akhir diberi nilai 4 agar cell yang dihasilkan lebih rapat

5. Berikan nilai karakteritik untuk fluida, dengan mengklik nilai fisikal dan memasukkan nilai densitas 1 kg/m3 dan viskositas 1 kg/ms

Processor : dengan melakukan iterasi sehingga didapatkan nilai yang konvergen

Post Processor
Menampilkan hasil simulasi yang dihasilkan berupa
Kontur Kecepatan

Vektor kecepatan : sangat kelihatan dengan makin lama aliran fluida yang mengalir melewati diantara 2 palat maka dihasilkan fully developed flow

Vektor kecepatan dengan arah V

Vektor- Tekanan Absolut

Vektor- Tekanan Absolut yang diperbesar di daerah inlet 1

Kontur dari tekanan

Plot grafik (residu)

Analisa

1. Berdasarkan simulasi diatas dimana aliran laminar yang melewati 2 plat sejajar. Fluida dapat mengalir dari inlet 1 ke inlet 2 karena diberikan perbedaan nilai tekanan untuk inlet 1 (tekanan tinggi) dan inlet 2 (tekanan rendah) sehingga konsep pemikiran bahwa fluida dengan tekanan tinggi akan mengalir ke tekanan rendah berlaku untuk simulasi ini

2. Untuk menentukan suatu aliran laminar maka sangat di tentukan oleh Bilangan reynold. Dari persamaan reynold dibawah bahwa nilai viskositas dan densitas sangat berpengaruh untuk menentukan jenis aliran. Dengan nlai viskositas dan densita yang rendah seperti nilai simulasikan yang diberikan maka aliran akan menjadi laminar.

3. Dengan adanya perbedaan tekanan sehingga akan terjadi perbedaan kecepatan dimana inlet 1 dengan tekanan besar maka profil kecepatan dihasilkan lebih kecil daripada kecepatan yang ada di inlet 2.

3. Di dalam gambar simulasi kontur tekanan absolute adanya gradiasi warna yang terjadi dimana di inlet 1 warnanya merah makin lama ke arah inlet 2 makin biru kalau kita kembalikan ke persamaan momentum jika ada fluida yang mengalir searah sumbu-x maka akan adanya perubahan tekanan serta adanya tegangan geser, tegangan geser ini terjadi pada sisi plat sehingga semakin panjang plat yang dilalui suatu fluida maka akan terjadi penurunan tekanan

5. Dengan adanya perubahan tekanan akan terjadi perubahan kecepatan sehinggan aliran fluida yang masuk atau sering kita sebut dengan entry region akan membentuk lapisan batas (boundary layer) yang belum stabil. Untuk mencapai kestabilan nantinya aliaran akan mengerucut sehingga nantinya nantinya terbentuk Fully developed flow

1 Analisa Numerik

Karena kita membicarakan tentang aliran laminar maka pembicaraan kita tidak akan jauh dari bilangan Reynold. Bilangan Reynolds merupakan bilangan tak berdimensi yang dapat membedakan suatu aliran itu dinamakan laminar, transisi atau turbulen.

Dimana : V kecepatan (rata-rata) fluida yang mengalir (m/s)

   D adalah diameter dalam pipa (m)
               ρ adalah masa jenis fluida (kg/m3)
               μ adalah viskositas dinamik fluida (kg/m.s) atau (N. det/ m2)

Datri awal kita telah mengindikasikan bahwa simulasi ini berkaitan dengan konservasi momentum terhadap arah sumbu x. Sehingga kita butuh persamaan navier stoke untuk menyederhananan persamaan pada tiap sumbu nya.