Upload
edwin-otniel
View
255
Download
15
Embed Size (px)
DESCRIPTION
pemindaian cfd menggunakkan ansys dan cfdsof serta prinsip perhitungannya
Citation preview
Nama : Edwin Otniel LumbantoruanNIM : 03031181320027Shift : Rabu (13.00-15.00)Kelompok : 4
Sistem Kerja Pemindaian CFD
1. ANSYS CFD
Tahapan menggunakan ANSYS CFD untuk analisa pressure dan velocity
benda yg terkena fluida :
1) Melakukan pemodelan di ICEM yang sudah terintegrasi dengan ANSYS,
aplikasi ini digunakan untuk pemodelan dan pendefinisian tiap part: inlet,
outline, wall, fluid.
Gambar 1.1. Tahap 1 pemindaian CFD
(Sumber: http://goodrindo.blogspot.co.id/2011/12/fluid-hidrodynamics-menggunakan-
ansys.html,2012)
2) Selanjutnya melakukan meshing model, dengan fasilitas tool mesh masukan
input unit tiap part untuk kemudian dilakukan compute meshing.
Gambar 1.2. Tahap 2 pemindaian CFD
(Sumber: http://goodrindo.blogspot.co.id,2012)
3) Gunakan tool output untuk export file kedalam CFX-pre untuk kemudian
dilakukan pengaplikasian tiap boudery (inflow, outflow, wall, dll) dan
dilkukan analisa (define run). definisikan aliran di inflow jenis (air/udara)
keceptan fluida, bgtupun out flow, wall.
4) Hasil running didapat berupa data grafik, visualisasi, serta animasi model
akibat fluida tersebut: dibawah ini merupkan visualisasi grafik kontur velocity
dan animasi streamline.
Gambar 1.3. Tahap 4 pemindaian CFD
(Sumber: http://goodrindo.blogspot.co.id,2012)
2. CFDSOF
1) Lakukan pengaturan domain untuk mengatur ukuran ruang. Kita akan
melakukan simulasi pada aliran diantara pelat datar. Ukuran panjang adalah 1
meter, tinggi 0.025 meter dan jumlah cell yang digunakan adalah 50 cell
untuk panjang dan 30 cell untuk tinggi.
Gambar 2.1. Input Domain
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
Gambar 2.2. Hasil pengamatan dari input domain
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
2) Untuk menganalisis aliran turbulen, maka aktifkan aplikasi turbulen dan
gunakan K-Epsilon.
Gambar 2.3. K-Epsilon
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
3. Atur kondisi sempadan dengan klik input lalu klik KS. Untuk inlet 1,
masukkan kececatan u sebesar 0.001 m/s.
Gambar 2.4. Kondisi sempadan
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
4. Atur koefisien fisikal dengan memasukkan nilai densitas dan viskositas fluida
air (bawaan).
Gambar 2.5. Koefisien Fisikal
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
5. Setelah semua input dan domain telah diatur, maka lakukan iterasi.
6. Berikut adalah hasil simulasi :
Gambar 2.6. Kontur turbulensi
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
Gambar 2.6. Kontur kecepatan
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
-
Gambar 2.6. Vektor kecepatan
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
Jika dilihat dari hasil simulasi di atas, maka terlihat bahwa aliran
mengalami olakan di bagian entrance region. Hal itu terlihat dari kontur turbulen
yang menyatakan energi kinetik fluida cukup besar pada area entrance region. Hal
itu ditandai dengan warna kontur merah pada bagian atas tepat saat fluida
memasuki area diantara pelat datar.
Gambar 2.7. Hasil Simulasi
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
Ketik fluida mengalir dan memasuki area diantara 2 pelat, maka fluida
mecari bentuk laminarnya terlebih dahulu. Untuk mencari bentuk laminar, fluida
mengalami olakan dan pada akhirnya fluida mencapai kondisi laminar. Hasil
simulasi di atas merupakan aliran yang dipotong pada sumbunya, sehingga
sebenarnya bagian yang terlihat pada kontur kecepatan adalah dari sumbu sampai
ke pelat bagian atas. Ilustrasi di bawah ini mungkin mampu menjelaskan lebih
detail. Jika aliran secara utuhnya adalah sebagai berikut :
Gambar 2.8. Hasil Simulasi
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
Maka karena aliran tersebut simetris, maka kita hanya menganalisis
setengah dari jarak antara 2 pelat, sehingga :
Gambar 2.9. Hasil Simulasi
(Sumber : http://arandityonarutomo.blogspot.co.id,2012)
3. Prinsip Perhitungan CFD
Prinsip-prinsip dasar mekanika fluida, konservasi energi, momentum,
massa, serta species, penghitungan dengan CFD dapat dilakukan. Secara
sederhana proses penghitungan yang dilakukan oleh aplikasi CFD adalah dengan
kontrol-kontrol penghitungan yang telah dilakukan maka kontrol penghitungan
tersebut akan dilibatkan dengan memanfaatkan persamaan-persamaan yang
terlibat. Persamaan-persamaan ini adalah persamaan yang dibangkitkan dengan
memasukkan parameter apa saja yang terlibat dalam domain. Misalnya ketika
suatu model yang akan dianalisa melibatkan temperatur berarti model tersebut
melibatkan persamaan energi atau konservasi dari energi tersebut. Inisialisasi awal
dari persamaan adalah boundary condition. Boundary condition adalah kondisi
dimana kontrol-kontrol perhitungan didefinisikan sebagi definisi awal yang akan
dilibatkan ke kontrol-kontrol penghitungan yang berdekatan dengannya melalui
persamaan-persamaan yang terlibat.
CFD, penghitungan yang mengkhususkan pada fluida, mulai dari aliran
fluida, heat transfer dan reaksi kimia yang terjadi pada fluida. Atas prinsip-prinsip
dasar mekanika fluida, konservasi energi, momentum, massa, serta species,
penghitungan dengan CFD dapat dilakukan. Persamaan-persamaan ini adalah
persamaan yang dibangkitkan dengan memasukkan parameter apa saja yang
terlibat dalam domain. Misalnya ketika suatu model yang akan dianalisa
melibatkan temperatur berarti model tersebut melibatkan persamaan energi atau
konservasi dari energi tersebut. Inisialisasi awal dari persamaan adalah boundary
condition. Boundary condition adalah kondisi dimana kontrol-kontrol perhitungan
didefinisikan sebagi definisi awal yang akan dilibatkan ke kontrol-kontrol
penghitungan yang berdekatan dengannya melalui persamaan-persamaan yang
terlibat. Berikut ini skema sederhana dari proses penghitungan konsep CFD:
Gambar 3.1. Gaya Gambaran Umum Proses CFD
(Sumber: https://fauzanahmad.wordpress.com,2009)
CFD , metode penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan
volume dengan memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan
perhitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. Prinsipnya adalah suatu ruang
yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi-bagi menjadi
beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya dinamakan
meshing. Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan sebuah kontrol
penghitungan yang akan dilakukan oleh aplikasi atau software. Kontrol-kontrol
penghitungan ini beserta kontrol-kontrol penghitungan lainnya merupakan
pembagian ruang yang disebutkan tadi atau meshing. Nantinya, pada setiap titik
kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh aplikasi dengan batasan
domain dan boundary condition yang telah ditentukan. Prinsip inilah yang banyak
dipakai pada proses penghitungan dengan menggunakan bantuan komputasi
komputer. Contoh lain penerapan prinsip ini adalah Finite Element Analysis
(FEA) yang digunakan untuk menghitung tegangan yang terjadi pada benda solid.
Dalam proses design engineering tahap yang harus dilakukan menjadi
lebih pendek. Hal lain yang mendasari pemakaian konsep CFD adalah
pemahaman lebih dalam akan suatu masalah yang akan diselesaikan atau dalam
hal ini pemahaman lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida dengan
melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur dan bahkan animasi.
Gambar 3.2. Software Analisis CFD
(Sumber: http://andiramuhammad.blogspot.co.id/2013/03/tentang-cfd-computational-
fluid-dynamics.html, 2013)
4. Persamaan-persamaan Konservasi
Dalam membuat model CFD diperlukan definisi dari model itu sendiri,
apakah model tersebut memepertimbangkan faktor reaksi kimia, mass transfer,
heat transfer atau hanya berupa aliran fluida non kompressible dan laminar.
Definisi dari model sebenarnya adalah memilih persamaan mana yang akan
diaktifkan dalam suatu proses CFD. Banyak sekali persamaan yang digunakan
dalam konsep CFD secara umum karena semua persamaan tersebut merupakan
pendekatan dari karakteristik fluida yang akan mendekatkannya pada kondisi real.
Berikut ini salah satu contoh persamaan-persamaan dasar yang terlibat dalam
suatu aliran laminar tanpa melibatkan perpindahan kalor maupun spesies.
4.1 Persamaan Konservasi Massa
(1)
keterangan:
p : denstitas.
t : waktu.
u : viskositas.
4.2 Persamaan Konservasi Momentum.
Gambar 4.1. Gaya-gaya yang terjadi dalam arah x pada suatu elemen fluida
(Sumber: https://fauzanahmad.wordpress.com,2009)
Persamaan konservasi momentum adalah persamaan yang
mendefinisikan gerakan fluida ketika terjadi gaya-gaya pada partikel-partikelnya
pada setiap elemen fluida yang didefiniskan di dalam model CFD. Untuk lebih
jelasnya lihat gambar di bawah ini :
(2)
keterangan:
p : densitas
g : gravitasi
Persamaan diatas adalah persamaan diferensial umum dari gerakan
fluida. Kenyataannya persamaan tersebut dapat diaplikasikan untuk setiap
continuum (solid atau fluid) ketika bergerak ataupun diam.
3. Boundary Conditions.
Dalam menganalisa suatu aliran fluida terdapat dua metode yang dapat
digunakan, yang pertama adalah mencari pola aliran secara detail (x, y, z) pada
setiap titik atau yang kedua, mencari pola aliran pada suatu daerah tertentu dengan
keseimbangan antara aliran masuk dan keluar dan menentukan (secara kasar)
efek-efek yang mempengaruhi aliran tersebut (seperti: gaya atau perubahan
energi). Metode pertama adalah metode analisa diferensial sedangkan yang kedua
adalah metode integral atau control volume. Boundary conditions adalah kondisi
dari batasan sebuah kontrol volume tersebut. Dalam analisa menggunakan CFD
seluruh titik dalam kontrol volume tersebut di cari nilainya secara detail, diketahui
pada boundary conditions. Secara umum boundary conditions terdiri dari dua
macam, inlet dan oulet. Inlet biasanya didefinisikan sebagai tempat dimana fluida
memasuki domain (control volume) yang ditentukan. Berbagai macam kondisi
didefinisikan pada inlet ini mulai dari kecepatan, komposisi, temperatur, tekanan,
laju aliran. Sedangkan pada outlet biasanya didefinisikan sebagai kondisi dimana
CFD merupakan nilai yang didapat dari semua variabel yang didefinisikan dan
diextrapolasi dari titik atau sel sebelumnya. Di bawah ini salah satu contoh
penerapan boundary conditions.
Gambar 3.1. Salah satu contoh boundary conditions pada analisa aliran viscous
heat conduction fluid
(Sumber: https://fauzanahmad.wordpress.com,2009)
4. Solusi dari persamaan
Setelah semua terdefinisi maka seluruh variabel yang diketahui
dimasukkan kedalam persamaan dan diselesaikan menggunakan operasi numerik..
Berikut ini flow charts dari salah satu aplikasi CFD (Fluent) dalam penyelesaian
persamaan.
Gambar 4.1. Prosedur penyelesaian dari salah satu software CFD (Fluent)
(Sumber: https://fauzanahmad.wordpress.com,2009)
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Fluid Hidrodynamics menggunakan Ansys CFD. (online).
http://goodrindo.blogspot.co.id. (Diakses pada 4 Oktober 2015)
Fauzan. 2009. CFD.(online). https://fauzanahmad.wordpress.com. (Diakses pada
5 Oktober 2015)
Narutomo,Arandityo. 2012 . Aliran Turbulen Pada Aliran Fluida . (online).
http://arandityonarutomo.blogspot.co.id/2012/04/aliran-turbulen-pada-aliran-
fluida.html. (Di akses Pada 6 Oktober 2015)