Computational Fluid Dynamic untuk Aliran Internal

Selain aliran eksternal laminar, Bapak Ahmad Indra pun dikelas memberikan tugas untuk mempelajari aliran fluida internal dengan menggunakan CFD. Berikut merupakan video pembelajarannya.

Video | Posted on by | Meninggalkan komentar

Computational Fluid Dynamics untuk Aliran Eksternal Laminar

DI minggu terakhir kuliah Mekanika Fluida bersama Bapak Ahmad Indra kami diberi tugas untuk menggunakan CFD untuk mempelajari mengenai Aliran Eksternal Laminar. Sebelumnya kami setiap selasa mempelajari mengenai program Computational Fluid Dynamic bersama mentor dari kelas mata kuliah Aplikasi CFD bersama Kurniawan Teguh Waskita dan Aisha Anastasia. Berikut merupakan tugas yang saya kerjakan bersama-sama dengan teman lainnya di kelompok 1

Video | Posted on by | Meninggalkan komentar

Penjelasan menggunakan CFD untuk Aliran Eksternal

Setelah dilakukan bimbingan pada hari selasa, kami pun diminta untuk menggunakan CFD untuk aliran laminar internal yang sudah diajarkan untuk mengetahui besar nilai Cd / koefisien drag yang dialami benda dengan dimensi panjang yang berbeda-beda.

Dari referensi yang ada kita bisa mengetahui koefisien drag (biasanya dinotasikan sebagai: cd, cx atau cw) adalah besaran berdimensi yang digunakan untuk mengukur hambatan atau perlawanan dari objek dalam lingkungan fluida seperti udara atau air. Hal ini digunakan dalam persamaan drag, di mana koefisien drag lebih rendah menunjukkan objek akan memiliki drag kurang aerodinamis atau hidrodinamik. Koefisien drag selalu dikaitkan dengan luas permukaan tertentu.

Berikut merupakan langkah-langkah kami dalam melakukan pembuatan aliran eksternal:

Kita klik Menu Input > Alo memori > pakai

Kemudian kita klik kembali Menu Input > Dimensi > aktifkan axis simetri  > panjang = 6 m dan tinggi = 1 m dan jumlah cell yang digunakan yaitu i = 62 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 60 cell digunakan sebagai internal cell) dan j = 22 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 20 cell digunakan sebagai internal cell).

Kemudian klik kembali Menu Input > Ks >  inlet 1  kecepatan-u = 0.10 m/s  dan inlet 2 tekanan = 0 Pa.

Setelah itu klik kembali Menu Input > Olah > Iterasi, masukkan jumlah angka iterasi dan ulangi hingga konvergensi tercapai.

 

Untuk melihat hasil simulasi kita bisa mengklik Menu Hasil > Kontur maupun vektor (pilih kecepatan pada set pengaturan ). Pada menu input > pilih “la”/lihat alfa > pilih “pv”/pilih variabel > kemudian pilih “gw”/gaya wall untuk melihat besar gaya yang dihasilkan.

Hasil Simulasi:

Berikut merupakan hasil pembelajaran mengenai penggunaan CFD untuk aliran eksternal. Terima kasih.

Dipublikasi di Uncategorized | Meninggalkan komentar

Penjelasan menggunakan CFD untuk Aliran Internal

Setelah dilakukan bimbingan pada hari selasa, kami pun diminta untuk menggunakan CFD untuk aliran laminar dan eksternal yang sudah diajarkan.

Langkah-langkah penggunaan CFD untuk aliran Laminar:

Kita klik Menu Input > Alo memori > pakai

Kemudian Klik Menu Input > Dimensi > aktifkan axis simetri  > panjang = 0.5 m dan radius luar = 0.0115 m dan jumlah cell yang digunakan yaitu i = 75 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 73 cell digunakan sebagai internal cell) dan j = 15 cell ( 2 cell digunakan sebagai wall dan 13 cell digunakan sebagai internal cell). Berikut merupakan tampilan domainnya.

Tampilan untuk cell internal

Kemudian kita klik kembali Menu Input > Model  > pada turbulensi model atur sebagai off (laminar)

Kemudian kita gunakan perintah berikut dengan menginput langsung dalam CFD : Input “In1”, Input “kf” / konstanta fisikal, Input “dn” / densitas, masukkan nilai densitas sebesar 890 kg/m3, Input “vs” / viskositas, masukkan nilai viskositas sebesar 0.1 kg/ms, Input “bg”/bangun grid, pilih 1 untuk arah axial dengan diberi faktor pemberat titik awal = 4 dan faktor pemberat titik akhir = 4. Sedangkan untuk radial pilih 2 dan beri faktor pemberat titik awal = 4.

Setelah itu klik Menu Input > Olah > Iterasi, masukkan jumlah angka iterasi dan ulangi hingga konvergensi tercapai.

Untuk melihat hasil simulasi kita bisa mengklik Menu Hasil > Kontur (pilih tekanan pada set pengaturan ). Pada menu input > pilih “la”/lihat alfa > pilih “pv”/pilih variabel > kemudian pilih “ttr”/tekanan total relatif untuk melihat besarnya distribusi tekanan yang dihasilkan dari simulasi.

Hasil Simulasi:

Kita bisa melihat Distribusi tekanan pada cell 2 dan 74 yang dapat menunjukkan perbedaan tekanan pada pipa dengan panjang 0.5 m :

 

Dipublikasi di Uncategorized | Meninggalkan komentar

Profil Kecepatan dari Atmospheric Boundary Layer

Di kuliah Mekanika Fluida hari terakhir, seperti biasa dilakukan pembahasan soal dalam buku Mekanika Fluida Bruce R.Munson oleh setiap kelompok dengan presentasi di depan kelas. Salah satu materi bahasan yang menarik perhatian adalah pembahasan mengenai profil kecepatan dari Atmospheric Boundary Layer.

Ketebalan lapisan batas atmosfer bervariasi dengan kecepatan angin, tingkat turbulensi, dan jenis permukaan. Untuk arus atmosfer, lapisan batas dimulai dari 1 km (0,6 mil) tebal; dalam laut bisa mencapai 30 m (100 kaki) tebal. Di luar lapisan ini, aliran lingkungan biasanya dianggap kental bebas (tanpa geser bergolak), atau inviscid. Para kasar medan, atau permukaan semakin besar hambatan, tebal lapisan batas atmosfer menjadi, dan peningkatan lebih bertahap kecepatan dengan tinggi. Pengaruh tanah pada profil angin memanjang dari beberapa ratus meter ke lebih dari 500 m (1640 ft), tergantung pada kekasaran permukaan. Di atas ketinggian ini, kecepatan didirikan dari tingkat atas meteorologi. Kecepatan angin sebanding dengan kekuatan eksponensial berdasarkan ketinggian di atas permukaan (secara empiris ditentukan dari percobaan).

Berikut merupakan profil kecepatannya:

 

Setelah melakukan pembahasan, dilakukan pembahasan penerapannya dalam soal yang terdapat dalam Buku Mekanika Fluida Bruce R. Munson.

Soal Bab 9 Nomor 17

An atmospheric boundary layer is formed when the wind
blows over the earth’s surface. Typically, such velocity profiles
can be written as a power law: where the constants a and
n depend on the roughness of the terrain. As is indicated in Fig.
P9.22, typical values are n=0,40 for urban areas, n=0,28 for
woodland or suburban areas, and n=0,16 for flat open country
1Ref. 232. (a) If the velocity is 20 ft/s at the bottom of the sail on
your boat what is the velocity at the top of the mast
(y= 30 ft) ? (b) If the average velocity is 10 mph on the tenth floor of an urban building, what is the average velocity on the
sixtieth floor?

Jawaban:

 

 

Dipublikasi di Uncategorized | Meninggalkan komentar

Resume Kuliah Mekanika Fluida 22 Mei 2012

Untuk kuliah Mekanika Fluida 16 Mei 2012 yang lalu, perkuliahan membahas soal-soal di Buku Mekanika Fluida Bruce R. Munson yang sudah dikerjakan oleh tiap kelompok dalam kelas. Setiap kelompok membahas satu soal yang berbed. Karena waktu yang terbatas, hanya beberapa kelompok yang maju kedepan membahas soal yang dikerjakannya. Berikut merupakan hasil pembahasannya.

Soal Bab 8 Nomor 5

Carbon dioxide at 20 degree C and a pressure of 550 kPa (abs) flows in a pipe at a rate 0.04 N/s. Determine the maximum diameter allowed if the flow is to be turbulent.

Jawaban:

Dari referensi yang ada, kita ketahui bahwa untuk aliran turbulen:

Dimana: atau .

Dari persamaan diatas kita bisa mendapatkan:

Dimana:

Akhirnya kita bisa mendapatkan:

 

Soal Bab 9 Nomor 18

A 30-story office building (each story is 12 ft tall) is built in a suburban industrial park. Plot the dynamic pressure,  , as a function of elevation if the wind blows at hurricane strength (75 mph) at the top of the building. Use the atmospheric boundary layer information of Problem 9.17

Jawaban :

Dari gambar diatas profil kecepatan dari boundary layer adalah

Atau bisa kita lakukan modifikasi menjadi

Maka bisa kita dapatkan:

Sehingga bisa kita peroleh:

Atau

Jika kita membuat grafiknya maka akan terbentuk grafik seperti berikut:

 

Dipublikasi di Uncategorized | Meninggalkan komentar

Keseimbangan Energi Aliran Viskos dalam Pipa

Dalam kuliah Mekanika Fluida 22 Mei 2012 yang lalu, di dalam kelas kembali dilakukan pembahasan beberapa soal dalam Buku Mekanika Fluida Bruce R.Munson. Salah satu yang dibahas adalah mengenai keseimbangan energi aliran viskos dalam pipa.

Jika kita melihat Buku Mekanika Fluida karangan Bruce R. Munson, kita bisa mendapatkan Rumus Keseimbangan Energi Aliran Viskos dalam Pipa:

Jika kita melihat sekilas, persamaan diatas mirip dengan persamaan Bernoulli, namun ada penambahan di akhirnya. Ini diakibatkan adanya loss energi atau aliran yang hilang. Hal ini diakibatkan adanya gesekan antara fluida dengan pipa tersebut. Untuk menentukan kecepatannya, kita bisa langsung menggunakan rumus dibawah yang diperoleh dengan menurunkannya dari rumus diatas. Kecepatan aliran dalam pipa:

Setelah belajar mengenai hal diatas, kita langsung menerapkannya dalam permasalahan soal berikut ini.

Soal Bab 8 Nomor 15

A fluid of density  and viscosity  flows steadily down a vertical 0.10 m diameter pipe and exist as a free jet from the lower end. Determine the maximum pressure allowed in the pipe at a location 10 m above the pipe exit if the flo is to be laminar.

Jawaban:

Untuk tekanan maksimum : Re = 2100

Kita gunakan persamaan Reynolds Number.

Didapatkan :

Tetapi untuk aliran laminar:

Dimana :

Kita gunakan data ke dalam persamaan:

Sehingga diperoleh pada akhirnya:

 

Dipublikasi di Uncategorized | Meninggalkan komentar