Menghitung Coefisient Drag pada suatu Aliran

Coeffisient drag  dalam bidang mekanika fluida merupakan bilangan yang tak berdimensi yang menyatakan suatu hambatan atau resistant terhadap suatu benda (object) yang berada di dalam suatu aliran. Semakin rendah nilai drag coefficient, maka hambatan aerodinamik maupun hidrodinamiknya semakin kecil. Dengan kata lain semakin kecil nilai drag coefficient, maka suatu benda semakin memiliki bentuk aerodinamik sehingga hambatan udara maupun hambatan airnya menjadi kecil dan fluida dapat dengan lancar melewati benda tersebut.

Untuk menghitung drag coefficient, maka dapat digunakan persamaan di bawah ini :

Nah, untuk menghitung koefisien drag ini kita memerlukan beberapa komponen-komponen penyusunnya loh, sesuai dengan rumus yang diatas, disana terdapat pengaruh dari gaya yang dibagi dengan massa jenis (density), kecepatan pangkat 2 dan luas area yang dilalui, Nah dalam hal ini, melalui sumber tersebut, dihasilkan nilai koefisien drag untuk bentuk-bentuk kotak tersebut, seperti dibawah ini

Untuk melakukan simulasi CFD, maka akan dibagi ke dalam 3 kategori ukuran benda, yaitu

• a / b = 1
• a / b < 1
• a / b > 1

dengan gambar benda adalah sebagai berikut

Perhitungan a / b = 1 dengan menggunakan simulasi CFD

1.  Tentukan domain berupa panjang, lebar dan tinggi serta jumlah cell yang akan digunakan :

2. Pengaturan cell berupa inlet, outlet dll

Jika gambar diperbesar maka pengaturan cell sebagai berikut:

3.  Berikan nilai sempadan dengan memasukkan nilai kecepatan yang dapat diketahui dari perhitungan bilangan Reynold

Karena diinginkan aliran laminar, maka untuk simulasi ini diinginkan nilai Re sebesar 2000. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5

2000 = ( 1.2  x  v  x  0.5 ) / ( 10e-5 )

didapatkan nilai v = 0.03 m/s

4.  Berikan nilai konstanta fisikan (kf) dengan viskositas 10e-5 dan massa jenis 1.2 kg/m3
Setelah disimulasikan maka hasilnya sebagai berikut

Dengan melihat alga serta pilih variabel maka akan ketahuan gaya yangbekerja pada wall tersebut

Gaya yang mengakibatkan drag (hambatan) adalah gaya shear stress pada arah aliran fluida, yaitu arah-x. sehingga dapat diketahui data Cd sebagai berikut :

Dari  hasil simulasi dengan benda penghalang mulai  dari wall 1 sampai wall 5, maka hasil simulasi drag cukup signifikan pada wall 3 dan 4 yaitu pada sisi atas dan bawah benda penghalang yaitu sebesar 0.034. Apabila dilandingkan dengan teoritis, terdapat perbedaan dimana Cd teoritis untuk cube sebesar 1.15. 

Perhitungan a / b < 1 dengan menggunakan simulasi CFD
1. Tentukan domain berupa panjang, lebar dan tinggi serta jumlah cell yang akan digunakan :

 2. Pengaturan cell berupa inlet, outlet dll

Jika gambar diperbesar maka pengaturan cell sebagai berikut:

3.  Berikan nilai sempadan dengan memasukkan nilai kecepatan yang dapat diketahui dari perhitungan bilangan Reynold

Karena diinginkan aliran laminar, maka untuk simulasi ini diinginkan nilai Re sebesar 2000. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5

2000 = ( 1.2  x  v  x  0.5 ) / ( 10e-5 )

didapatkan nilai v = 0.03 m/s


4.  Berikan nilai konstanta fisikan (kf) dengan viskositas 10e-5 dan massa jenis 1.2 kg/m3
Setelah disimulasikan maka hasilnya sebagai berikut


Dengan melihat alga serta pilih variabel maka akan ketahuan gaya yangbekerja pada wall tersebut

Gaya yang mengakibatkan drag (hambatan) adalah gaya shear stress pada arah aliran fluida, yaitu arah-x. sehingga dapat diketahui data Cd sebagai berikut :

 Dari setiap bagian benda penghalang, yaitu dari wall 1 sampai wall 5, maka drag cukup signifikan pada wall 3 dan 4 yaitu pada sisi atas dan bawah benda penghalang yaitu sebesar 0.023. Apabila dilandingkan dengan teoritis, terdapat perbedaan dimana Cd teoritis untuk cube sebesar 1.05. 




Perhitungan a / b > 1 dengan menggunakan simulasi CFD
1. Tentukan domain berupa panjang, lebar dan tinggi serta jumlah cell yang akan digunakan :

 2. Pengaturan cell berupa inlet, outlet dll

Jika gambar diperbesar maka pengaturan cell sebagai berikut:

3.  Berikan nilai sempadan dengan memasukkan nilai kecepatan yang dapat diketahui dari perhitungan bilangan Reynold

Karena diinginkan aliran laminar, maka untuk simulasi ini diinginkan nilai Re sebesar 2000. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5

2000 = ( 1.2  x  v  x  0.5 ) / ( 10e-5 )

didapatkan nilai v = 0.03 m/s


4.  Berikan nilai konstanta fisikan (kf) dengan viskositas 10e-5 dan massa jenis 1.2 kg/m3
Setelah disimulasikan maka hasilnya sebagai berikut
 

Dengan melihat alga serta pilih variabel maka akan ketahuan gaya yangbekerja pada wall tersebut

 Gaya yang mengakibatkan drag (hambatan) adalah gaya shear stress pada arah aliran fluida, yaitu arah-x. sehingga dapat diketahui data Cd sebagai berikut :

 

Dari setiap bagian benda penghalang, yaitu dari wall 1 sampai wall 5, maka drag cukup signifikan pada wall 3 dan 4 yaitu pada sisi atas dan bawah benda penghalang yaitu sebesar 0.046. Apabila dilandingkan dengan teoritis, terdapat perbedaan dimana Cd teoritis untuk cube sebesar 0.82.

CFD Menghitung Pressure Drop

Postingan sebelumnya telah membahas bagaimana perhitungan pressure drop dan ketinggian h pada manometer di dapatkan secara numerik. Nah, untuk postingan saat ini saya akan mencoba mencari pressure drop dengan menggunakan simulasi CFDsofedu

Langkah untuk melakukan semulasi CFD :

1. Tentukan dahulu domain berupa panjang pipa serta cell yang akan diberikan. Dikarenakan kita mensimulasikan pipa sebaiknya di aktifkan aksis simetri sehingga di atur cell sebagian profil saja yang akan kelihatan

2. Lakukan pengaturan model berupa aliran laminar

3.  Lakukan pengaturan cell berupa inlet,outles dan axis

4. Tentukan nilai sempadan berupa kecepatan sebesar 10.06 m/s untuk inlet

5. Berilakan nilai kontanta fisikal berupa nilai densitas dan viskositas sebesar 890 kg/m3 dan 0,1 kg/s
6.  Berikan bangun grid dengan manipulasi grid dengan memberikan faktor pemberat di titik awal sebesar 4 dan faktor pemberat di titik akhir bernilai 4, sedangkan untuk axis radialnya, di titik mulainya, kita berikan nilai 4

 7. Lakukan iterasi untuk mendapatkan nilai konvergen

8.  Lihat nilai pressure dengan cara lihat alfa dan pilih variabel

 Jika kita ambil sampling dengan x= 3 dan y= 4 maka nilai didapatkan total pressure  45000 Pa

Sedangkan dengan sample titik x = 75 dan y 4 maka  nilai didapatkan total pressure 10600 Pa
Dari simulasi didapat pressure drop = 45000-10600 = 34.400 Pa sedangkan berdasarekan pressure drop secara analitis sekitar 30399.1 Pa sehingga kalau dihitung errornya (34.400-30399.1) x 100% = 11.63 %
Dengan error sekitar 11 % terjadi pada pressure drop simlasi dibandingkan secara analitis kemungkinan saat mensimusilasi kurang teliti

Menghitung Pressure Drop dan Ketinggian h pada Aliran

Nah,pada postingan kita akan mencoba menjawab soal dari Buku Munson 8.20 yang berkaitan dengan bagaimana mencari pressure drop dan ketinggian h pada aliran. Fenomena Pressure drop atau lebih dikenalkan dengan penurunan tekana disebabkan adanya gesekana antara partikan fluida tersebut dengan permukaan benda atau adanya gesekan fluida dengan bdang batas.

Adapun parameter yang diketahui dari soal :
Spesifik weight minyak = 8900 N/m3, densitas (rho) minyak = 890 kg/m3, viskositas minyak = 0,10 N.s/m2, diameter pipa = 23 mm = 0.023 m, panjang pipa = 0,5 m.Berapakah pressure drop dan range dari h bila aliran minyak adalah laminar?

Seperti yang kita ketahui untuk aliran laminar nilai Bilangan Reynolds batasannya adalah ≤ 2100 sehingga persamaan menjadi :

dengan mengaceu persamaan bernoulli :

JIka kita asumsikan z1 = z2  serta  v1 = v2 dan karena aliran yang terjadi berupa aliran viskos laminar, maka persamaan yang berlaku berupa persamaan dengan adanya penambahan faktor gesek sehingga  persamaan akan menjadi :

Sedangkan persamaan pressure drop secara keseluruhan yaitu:

Karena di asumsikan aliran yang terjadi adalah laminar maka dicari dahulu nilai dari f (friction) dengan men ggunakan persamaan berikut :

Untuk mencari ketinggian manometer dapat digunakan persamaan sebagai berikut :

Sehingga nilai ketinggian manometer menjadi :

Heat Transfer Pada Dinding Secara Transien

Pada postingan ini kita akan mempelajari bagaimana sih simulasi perpindahan panas yang terjadi jika dilakukan terhadap dinding secara transient atau perubahan waktu. Kalau kita ilustasikan seperti ruangan atau rumah kira yang mengalami sinar matahari mulai dari matahari terbit sampai dengan matahari terbenam dan pastinya akan ada perubahan perpindahan panas yang terjadi di dalam ruangan karena dipengaruhi oleh sudut matahari yang mengenai suatu ruangan atau dinding ruangan tersebut. Misalnya pada pagi hari bisa jadi daerah teras ruangan kita menjadi panas daripada ruangan lainnya makin siang sinar matahari semakin terik maka ruangan lainnya juga menjadi panas. Perpindahan panas ini terjadi karena adanya perbedaaan temperatur yang terjadi antara ruangan dan lingkungan sekitar seiring dengan perubahan waktu.

Untuk kasus diatas karena perpindahan panas yang terjadi secara transient dapat disimulasikan dengan CFD dimana yang nantinya yang akan disimulasi yaitu kamar/ruangan yang sederhana

 Langkah-langkah untuk membuat dengan CFD

1. Tentukan domain berupa panjang serta lebar daerah dan berapa banyak cell yang akan digunakan untuk parameter tersebut

2. Tentukan model yang akan di aktifkan nantinya :

3. Atur cell

4. Atur kondisi sempadan dengan mengaktifkan aplikasi transien dan menggunakan aplikasi piecewise. Maksud mengaktifkan piecewise dimana temperatur akan bertambah secara konstan dengan bertambahnya waktu. Dalam kasus ini temperatur akan berubah setiap waktunya dengan selang waktu 1800 sekon akan bertambah nilai temperatur sebesar 0.5 C

Wall 1

pengaturan piecewise untuk mengaktifkan nilai transient temperatur

Sedangkan untuk wall 2, 3 dan 4  temperaturnya dijaga konstan 297 K

5. Berikan nilai Tmpel agar terjadi perubahan temperatur yang maksimal

Berikut hasil simulasi setelah 1 sekon

Simulasi jika dilakukan dengan selang waktu yang berbeda

Sebenarnya dari hasil simulasi yang dilakukan untuk perubahan warna kontur sendiri tidak terlalu kelihatan hal ini mungin disebabkan karena sejak awal kita setting perbedaan temperatur kecil sekitar 0.5 derajat Kelvin . Jika dilihat secara teliti kelihatan di hasil simulasi bahwa temperatur yang berada di sekitar dinding lebih tinggi dan makin berkurang seiring dengan menjauhi dari tembok. Hal tersebut menandakan bahwa semakin jauh dengan sumber panas yang diberikan maka temperaturnya akan semakin rendah begitu juga sebaliknya dimana mendekati sumber panas maka temperatur akan semakin tinggi. Sehingga menakibatkna perpindahan panas.