Upload
celfi-gustine-adios
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/24/2019 Boundary layer.docx
1/18
LAPORAN
KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA
2-D Flat Plate Boundary Layer
NAMA : M SHALAHUDDIN KHALID
NO.BP : !!"!!"
#URUSAN T$KNIK M$SIN
FAKULTAS T$KNIK % UNI&$RSITAS ANDALAS
PADAN'( 2!)
7/24/2019 Boundary layer.docx
2/18
BAB I
P$NDAHULUAN
. LATAR B$LAKAN'
Daerah lapisan batas merupakan daerah aliran yang dipengaruhi oleh
tegangan geser dari benda padat, misalnya plat datar. Sehingga pada
daerah ini akan terjadi penrunan kecepatan aliran akibat gesekan dari plat.
Namun, daerah ini sangat tipis, sehingga untuk melihat bagaimana bentuk
aliran pada daerah laisan batas ini sangat sulit tanpa adanya alat batu.
Maka untuk mempermudah melihat bagaimana bentuk aliran dari daerah
lapisan batas tersebut dalam kondisi laminar dan turbulen, dilakukanmetode komputasi. Dan hal tersebut akan dibahas dalam laporan ini.
.2 TU#UAN
1. Mengetahui cara membuat sistem plat datar menggunakan Gambit
2. Mengetahui cara pengkomputasian aliran laminar dan turbulen pada
daerah aliran lapisan batas plat datar
3. Mendapatkan kontur aliran laminar dan turbulen pada daerah aliran
lapisan batas plat datar.
.* MANFAAT
Mahasisa bisa menjalankan program gambit dan !luent, serta mengetahui
bentuk aliran yang terjadi pada daerah lapisan batas.
7/24/2019 Boundary layer.docx
3/18
BAB II
LANDASAN T$ORI
2. Al+ran La,+an Bata
"liran lapisan batas merupakan aliran yang berada dalam pengaruh
tegangan geser dari benda padat yang dilalui oleh !luida. #ada aliran lapisan
batas, !luida akan mengalami penurunan kecepatan alirannya.
'a/ar $apisan batas mempengaruhi laju aliran !luida yang meleati benda padat
Dari gambar 1 dapat diketahui pengaruh tegangan geser dari benda padat
terhadap kecepatan aliran. #artikel !luida yang langsung bersentuhan dengan
benda padat akan mengalami pengaruh dari tegangan geser, sehingga
kecepatannya dapat dikatakan nol. Semakin ke atas %!ungsi kecepatan
terhadap sumbuy&, pengaruh tegangan geser terhadap kecepatan aliran akan
semakin berkurang, dan akhirnya akan hilang. Sehingga kecepatan aliran
tersebut akan sama dengan kecepatannya ketika sebelum berinteraksi dengan
benda padat.
2.2 0FD 1 Computational Fluid Dinamics
Computational Fluid Dynamics %'(D& adalah metode
penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan )olume dengan
meman!aatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan
penghitungan pada tiap*tiap elemen pembaginya. #rinsipnya adalah suatu
ruang yang berisi !luida yang akan dilakukan penghitungan dibagi
7/24/2019 Boundary layer.docx
4/18
menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya
dinamakan meshing. +agian*bagian yang terbagi tersebut merupakan
sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan adalah aplikasi.
ontrol*kontrol penghitungan ini beserta kontrol*kontrol penghitungan
lainnya merupakan pembagian ruang atau meshing. #ada setiap titik
kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh aplikasi dengan
batasan domain dan boundary condition yang telah ditentukan. #rinsip
inilah yang banyak dipakai pada proses penghitungan dengan
menggunakan bantuan komputasi komputer.
Sejarah '(D beraal pada tahun -*an dan terkenal pada tahun
/*an aalnya pemakaian konsep '(D hanya digunakan untuk aliran!luida dan reaksi kimia, namun seiring dengan perkembangannya industri
ditahun 0*an membuat '(D makin dibutuhkan pada berbagai aplikasi
lain.
Sejarah '(D beraal pada tahun -*an dan terkenal pada tahun
/*an aalnya pemakaian konsep '(D hanya digunakan untuk aliran
!luida dan reaksi kimia, namun seiring dengan perkembangannya industri
ditahun 0*an membuat '(D makin dibutuhkan pada berbagai aplikasi
lain.
Secara umum proses penghitungan '(D terdiri atas 3 bagian
utama
1. Prepocessor
Merupakan bagian input suatu problem !luida ke sebuah program '(D
melalui inter!ace dan tran!ormasi lanjut ke dalam sebuah bentuk yang
sesuai untuk sol)er. $angkah*langkah pengguna dalam tahap pre*
processing yaitu
* De!inisi geometri region analisa domain komputasional
* #embuatan grid pemecahan domain menjadi beberapa sub domain
yang lebih kecil dan non o)erlapping sebuah grid %mesh& atau
)olume aturelemen
* #emilihan !enomena !isik dan kimia yang perlu dimodelkan
7/24/2019 Boundary layer.docx
5/18
* De!inisi properties !luida
* Spesikasikan kondisi batas yang sesuai pada sel*sel yang berhimpit
dengan batas domain
Solusi sebuah problem !luida %kecepatan, tekanan, temperature dsb&
dide!inisikan di setiap nodal di dalam masing*masing sel. "kurasi
sebuah solusi '(D ditentukan oleh jumlah sel dalam grid. Secara
umum, semakin besar jumlah sel semakin baik akurasi solusi. +aik
akurasi solusi dan biaya hardaare komputer serta lama kalkulasi
tergantung kepada halusnyarapatnya grid. Mesh*mesh optimal sering
merupakan non*uni!orm lebih rapat pada area di mana )ariasi*)ariasi
banyak terjadi dari poin ke poin dan lebih jarang pada region dengan
perubahan yang sedikit. emampuan teknik %sel!& adapti)e meshing
telah membantu pengembangan '(D guna otomatikal penghalusan
grid untuk area dengan )ariasi yang padat. Sekitar 4 aktu proyek
'(D di industry tercurah pada pende!inisian geometri domain dan
penyusunan grid. Guna meningkatkan produkti)itas pengguna code*
code utama sekarang termasuk inter!ace jenis '"D atau !asilitas
import data dari pemodelan sur!ace dan meshing seperti #"56"N dan
7*D8"S. #re*prosesor hingga saat ini juga membantu kita mengakses
data library properties !luida umum dan !asilitas memasukkan model
proses !isikal dan kimikal %model turbulence, perpindahan kalor
radiati!, pembakaran& bersama persamaan aliran !luida utama.
2. Solver
5erdapat 3 macam teknik solusi numerik beda hingga %finitedifference&, elemen hingga %finite element& dan metode spectral.
erangka utama metode numerik untuk dasar sebuah sol)er terdiri dari
langkah
* "proksimasi )ariabel*)ariabel aliran yang tidak diketahui dengan
!ungsi*!ungsi sederhana.
* Diskretisasi dengan substitusi aproksimasi ke dalam persamaan atur
aliran dan manipulasi matematis lanjut.
7/24/2019 Boundary layer.docx
6/18
* Solusi persamaan*persamaan aljabar. #erbedaan utama di antara
ketiga macam teknik adalah pada cara aproksimasi )ariabel*)ariabel
aliran dan proses diskretisasi.
3.Post processor
9asil penghitungan modul sol)er berupa nilai*nilai numerik %angka*
angka& )ariabel*)ariabel dasar aliran seperti komponen*komponen
kecepatan, tekanan, temperatur dan !raksi*!raksi masa. Dalam modul
post*processor nilai*nilai numerik ini diolah agar pengguna dapat
dengan mudah membaca dan menganalisis hasil*hasil penghitungan
'(D. 9asil*hasil ini dapat disajikan dalam bentuk gra!is*gra!is ataupun
kontur*kontur distribusi parameter*parameter aliran !luida. Selain itu
juga, modul post*processor menghitung parameter*parameter desain
seperti koe!isien gesek, 'd, 'l, (luks panas , Gaya*gaya yang
dikembangkan aliran !luida, 5orsi, Daya dan lain sebagainya. Salah satu
so!tare '(D adalah 'omsol Multiphysics, yang lebih dikenal dengan
Finite Elemnent Method aboratory %(8M$"+&. Di mana pada
so!tare 'omsol ini metode yang digunakan adalah metode elemen
hingga %Finite element method&.
7/24/2019 Boundary layer.docx
7/18
BAB III
M$TODOLO'I
*. Proedur ,erodelan
#embuatan gambar 2D dengan Gambit
#embuatan aliran laminar dengan (luent
7mport grid yang telah dibuat
7/24/2019 Boundary layer.docx
8/18
#eriksa grid yang telah diimport
De!inisikan kondisi batas
7/24/2019 Boundary layer.docx
9/18
5entukan 6esidual
7/24/2019 Boundary layer.docx
10/18
5entukan ontrol Solusi
7terasi
7/24/2019 Boundary layer.docx
11/18
Display bentuk aliran
6e!ine Grid
%lik :compute; nilai re!ine threshold 11 nilai ma
7/24/2019 Boundary layer.docx
12/18
#embuatan aliran 5urbulen dengan (luent
Model aal adalah model dari aliran aliran laminar
De!ine = +oundary 'ondition = 7nlet = set = )elocity mag. > 2. ms
Sol)e = 'ontrol = Solution
Sol)e = 7nitialiBe = 7nitialiBe
Sa)e
Sol)e * 7terate * %Number o! 7teration > -&
Display = Cector = Display
Sol)e * 7terate * %Number o! 7teration > -*1&
7/24/2019 Boundary layer.docx
13/18
#lot = @A #lot
+uka embali "dapt = Gradient = 'ompute %nilai re!ine threshold 11
nilai ma
7/24/2019 Boundary layer.docx
14/18
BAB I&
P$MBAHASAN
). Pe/a3aan 4eoetr+ dar+ 4a/+t
Dari gambar yang dilampilkan, dapat dilihat bentuk geometris dari sistem.
).2 S+ula+ al+ran d+l+5at dar+ 4ra6+7
Dari gra!ik dapat kita lihat baha semakin banyak kita iterasi maka nilai
kontinitas semakin rendah. Namun, ketika dilakukan :"dapt; pada gradien,
maka nilai residual menjadi naik. alau pun demikian, dengan melakukan
adapt, kita dapat memperjelas bentuk aliran pada grid yang dekat dengan
plat.
7/24/2019 Boundary layer.docx
15/18
).* Bentu7 al+ran
#ada aliran laminar terlihat baha persebaran aliran yang dipengaruhi oleh
tegangan geser pada plat membuat kecepatan alir menurun.
7/24/2019 Boundary layer.docx
16/18
#ada aliran turbulen, terlihat aliran mengalami separasi dan turbulensi
terjadi. ?uga dapat diperhatikan baha terjadi bubling pada aliran.
).) Ha+l ,er5+tun4an
Al+ran La+nar
Al+ran Tur/ulen
7/24/2019 Boundary layer.docx
17/18
BAB &
P$NUTUP
8. Ke+,ulan
Simulasi "liran laminar dan turbulen pada plat datar menggunakan
Gambit dan (luent berhasil dilakukan
#ada aliran laminar, kecepatan alir mengalami penurunan akibat
tegangan geser dari plat
#ada aliran turbulen, terdapat pengaruh energi kinetic !luida
Semakin banyak dilakukan iterasi, maka bentuk turbulensi semakin
jelas.
8.2 Saran
"gar hasil simulasi yang dilakukan lebih baik maka disarankan untuk
menggunakan komputer dengan spesi!ikasi yang sesuai agar semua kondisi
batas pada pemodelan dapat disesuaikan dengan kondisi standar.
7/24/2019 Boundary layer.docx
18/18