Ujian Tengah Semester Aplikasi CFD

Soal:

Diketahui : Aliran Laminar mengalir diantara 2 plat sejajar dalam keadaaan tunak.

                 Persamaan Governing Equation yang digunakan prinsip konversi momentum

Nilai massa jenis 1 kg/m^3 dan viskositas 1 kg/ms

Ditanya : Bandingkan  hasil analitis dengan simulasi CFD menggunakan CFDSOF

Jawab:

A. Analisis persamaan menjadi permodelan untuk simulasi

Pada soal diketahui nilai massa jenis dan viskositas, namun variabel yang belum diketahui adalah nilai h dalm persamaan

dimana di ruas kiri ada fungsi tekanan terhadap nilai x yang disini saya asumsikan merupaka sekat penentu posisi dari tekanan yang akan dicari.

Sedangkan pada ruas kanan dapat kita lihat adanya pengaruh dari nilai viskositas fluida serta ada nilai h yang dalam hal ini saya defenisikan sebagai panjang nya. Untuk memudahkan dapat kita lihat seperti gambar berikut:

Langkah pengerjaan dengan menggunakan CFDSOF

Kasus aliran diatara 2 pelat datar akan disimulasikan dengan menggunakan CFDSOF dengan langkah sebagai berikut :

Langkah  Pre-processing

Menu Input –> Alo memori –> pakai

Menu Input –> Dimensi –> panjang = 1 m dan tinggi = 0.1 m dan  jumlah cell yang digunakan yaitu i = 50 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 48 sebagai internal wall) dan j = 30 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 28 sebagai internal wall)

Menu Input –> Ks –> set tekanan dengan P1 dan P2 .

Input “bg” / bagi grid dan pilih 1 untuk melakukan pengaturan pada arah sumbu x

Input “is”/inisialisasi segmen kemudian menentukan jumlah segmen pada arah x yaitu 2 pada jarak 0 : 0.5 : dan 1 dengan pembagian jumlah cell 28 cell dan 20 cell.

Input “ms”/modif segmen. Untuk menentukan faktor  pemberat titik mulai sebesar 3. Hal ini untuk membuat cell menjadi lebih rapat

Input “bg” / bagi grid dan pilih 2 untuk melakukan pengaturan pada arah sumbu y

Input “is”/inisialisasi segmen kemudian menentukan jumlah segmen pada arah x yaitu 3 pada jarak 0 : 0.025 : 0.075 dan 0.1 dengan pembagian jumlah cell 10 cell, 8 cell dan 10 cell.

Input “ms”/modif segmen. Untuk menentukan faktor  pemberat titik mulai sebesar 4 dan nomor segmen 3 faktor pemberat titik akhir dirubah menjadi 4.  Hal ini untuk membuat cell menjadi lebih rapat.

Input “kf” / konstanta fisikal Input “dn” / densitas, masukkan nilai densitas sebesar 1 kg/m3

Input “vs” / viskositas –> 1 kg/ms

Berikut tampilan dari commad yang di masukkan

Menu Input –> Dimensi –> panjang = 1 m dan tinggi = 0.1 m dan  jumlah cell yang digunakan yaitu i = 50 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 48 sebagai internal wall) dan j = 30 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 28 sebagai internal wall)

1. Menu Input  –> Ks  –> set tekanan dengan P1 = 10 Pa dan P2 = 15Pa
   Input “bg” / bagi grid dan pilih 1 untuk melakukan pengaturan pada arah sumbu x –> Input “is”/inisialisasi segmen kemudian menentukan jumlah segmen pada arah x yaitu 2 pada jarak 0 : 0.5 : dan 1 dengan pembagian jumlah cell 48 cell dan 28 cell.
   
   
   
   
   Input “ms”/modif segmen. Untuk menentukan faktor  pemberat titik mulai sebesar 3. Hal ini untuk membuat cell menjadi lebih rapat.Input “bg” / bagi grid dan pilih 2 untuk melakukan pengaturan pada arah sumbu y –>Input “is”/inisialisasi segmen kemudian menentukan jumlah segmen pada arah x yaitu 3 pada jarak 0 : 0.025 : 0.075 dan 0.1 dengan pembagian jumlah cell 10 cell, 8 cell dan 10 cell.
   
   
   
   Untuk melakukan perubahan pada segmen di masukkan commad bangung grid >> inisiasi segmen>> modif segmen. Pada modif segmen kita dapat mengatur kerapatan dari grid adgar dapat mengamati lebih detail lagi.
   
   
   Memasukkan nilai viskositas dan densitas pada konstanta fisikal dengan langkah :
   Input “In1” –> Input “kf” / konstanta fisikal –> Input “dn” / densitas, masukkan nilai densitas sebesar 1 kg/m3 –>Input “vs” / viskositas = 1 kg/ms
    

Langkah  Processing
 Menu Input –> Olah –> Iterasi, masukkan jumlah angka iterasi dan ulangi hingga konvergensi tercapai

1. setelah konvergensi terpenuhi, maka langkah selanjutnya yaitu post-processing.
   
   Langkah  Post-processing
   
   1. Menu Hasil –> Vektor (pilih kecepatan / tekanaan pada set pengaturan sesuai dengan apa yang mau diplot hasilnya).
   2. Menu Hasil –> Kontur (pilih kecepatan / tekanaan pada set pengaturan sesuai dengan apa yang mau diplot hasilnya).
   3. Pilih plot X-Y –> pilih kecepatan/tekanan pada set pengaturan dan arah J sesuai dengan yang diinginkan
   Hasil tampilan grid
   
   
   Hasil kontur kecepatan :
2. 
   
3. 
   
   
   Hasil kontur tekanan :
   

 Analisa hasil

1. Simulasi ini diberikan beda tekanan pada kedua inlet. Hal ini secara alami akan menyebabkan terjadinya aliran diantara kedua pelat tersebut dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Selain itu, beda tekanan berpengaruh terhadap profil kecepatan yang terbentuk. Kecepatan rata-rata yang terjadi pada setiap titik adalah sama setelah dicapai fully developed velocity .Keadaan fully developed merupakan keadaan dimana profil kecepatan aliran  untuk dx tertentu adalah sama dan dalam keadaan ini gradient tekanandalam arah longitudinal adalah tetap. 
   Dengan melakukan perbandingan solusi analitis dengan simulasi ditemukan adanya sedikit defiasi nilai antara solusi analitis dengan simulasi, yang disebabkan oleh pengaruh beberapa faktor seperti jumlah grid depandancy, serta iterasi persamaan. Semakin besar dan bagus iterasi hasil yang akan dihasilkan akan semakin akurat..