Report Tugas Kelompok 11 : Metode Numerik 2019

Tugas Kelompok ini diberikan oleh pak Dai dan disusun oleh Afif Abdurrahman Hilmi, Muhammad Fadhil Zuhdi dan Ilham Hutama Putra

Tugas 1

Dasar Pemikiran

Pada tugas yang diberikan pak Dai ini, kami disuruh untuk membuat Governing Equation atau persamaan matematis dari kejadian sehari-hari. Contohnya pada perubahan kecepatan yang dialami oleh mobil yang melaju dengan percepatan tidak tentu. Sebelumnya, ditentukan/dituliskan terlebih dahulu soal analisis matematis dari permasalahan tersebut, seperti pada gambar berikut,

Coding Penyelesaian

Lalu, setelah itu dimasukkan analisis matematis tersebut ke bahasa Python agar dapat diproses lebih jauh oleh komputer sendiri. Seperti pada gambar berikut,

Setelah menerjemahkan analisis matematis menjadi bahasa Python, maka tinggal dilaksanakan eksekusi seperti pada gambar berikut,

Lebih jelasnya dapat dilihat video berikut, [1]

Tugas 2

Pada tugas ini, kami diarahkan untuk menggunakan aplikasi simulasi CFD setelah menyelesaikan permasalahan menggunakan bahasa pemrograman pada tugas 1 agar dapat melihat seperti apa yang dapat dilakukan komputer dengan angka-angka

Pembuatan Simulasi Mesh

Hal pertama yang yang perlu dilakukan adalah dengan membuat atau mencari model Car yang akan disimulasikan. Format model yang dapat diterima oleh CFDSOF adalah .stl atau dari CAD. Lebih jelasnya, dapat dilihat gambar dibawah

Setelah model dimuat, hal yang dilakukan selanjutnya adalah membuat mesh. Fungsi mesh ini adalah untuk memberikan area 3d yang akan dihitung oleh komputer, seperti pada gambar berikut.

Setelah mesh dicek, lalu ditentukan referensi mesh nya, Mesh dapat dibuat. Maka tampilan akan tampak seperti berikut,

Setelah mesh dibuat, hal yang dilakukan selanjutnya adalah mendefinisikan jenis aliran, properti udara, sifat dari boundary, kecepatan yang ditentukan dan menentukan waktu simulasi yang diamati. Setelah hal-hal berikut ditentukan, maka dilakukan jenis perhitungan pada variabel yang diukur. Setelah itu, dilaksanakan penyelesaian yang akan diselesaikan oleh komputer. Butuh waktu yang cukup lama sampai komputer selesai melakukan perhitungan.

Jika penyelesaian sudah terlaksana, maka mesh siap untuk disimulasikan menggunakan software selanjutnya.

Pembuatan Visualisasi CFD

Selanjutnya, dengan menggunakan aplikasi pihak ketiga, yaitu ParaView, Mesh yang sudah kita buat tadi siap untuk dilaksanakan CFD atau simulasi airflow pada mobil. Hal yang pertama dilakukan adalah melihat bagaimana airflow yang terjadi pada permukaan mobil dengan kecepatan 10 meter per detik, diamati selama 20 detik. Caranya dengan mengubah variabel p menjadi U, lalu mengklik apply.

Karena kita hanya ingin melihat bagaimana aliran yang terkena pada mobil sesuai dengan mesh yang kita buat, masih pada perintah yang sama, hilangkan centang pada Internal Mesh, centang pada car_body. Maka akan terlihat seperti ini.

Setelah itu, hanya perlu dirapihkan dengan membuat surface Normal, membuat rumus dan menampilkan skala agar lebih saintifik.

Setelah itu, kita mencari variabel yang ingin kita data dan amati.

Pencarian Nilai Baru

Untuk mendapatkan data yang kita inginkan, yaitu Drag Force (Fd). Kita tambahkan, Filter>Alphabetical>Integrate Variables untuk menampilkan variable yang terhitung pada CFD.

Dari data yang ditampilkan akan diketahui berapa nilai Drag Force atau Fd. Didapatkan nilai Drag Force (Fd) untuk kecepatan fluida 10 meter per detik selama 20 detik, sebesar 3.568. Lalu, untuk mengamati Drag Force yang didapatkan oleh mobil, hanya perlu mengganti nilai kecepatan fluida dengan 15, 20, 25 sampai 40 meter per detik dengan waktu yang sama. Maka didapatkan,

Langkah terakhir yang dilakukan untuk mempercantik adalah dengan menambahkan grafik agar lebih mudah dibaca dan dimengerti drag force yang dialami pada permukaan mobil dengan variasi kecepatan angin. Grafik yang didapatkan akan tampak seperti berikut,

Tugas 3

Pembuatan/Pencarian Airfoil

Pertama kami diarahkan untuk mencari dan membuat model airfoil yang akan disimulasikan. Model airfoil dapat dibuat di Inventor dan disave dalam format file .stl agar dapat dimuat oleh CFDSOF.

Spesifikasi airfoil seperti berikut,

• (s1223-il) S1223
• Selig S1223 high lift low Reynolds number airfoil
• Max thickness 12.1% at 19.8% chord
• Max camber 8.1% at 49% chord

Simulasi Airfoil

Karena terdapat kesalahan teknis menggunakan aplikasi CFDSOF, yaitu ketika memulai membuat mesh, terdapat kesalahan eror berupa kesalahan pada coding. Dan juga akan pengaruh kepada proses selanjutnya. Langkah yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan aplikasi lain seperti xlfr.

Sama seperti menggunakan CFDSOF, hal yang perlu dilakukan adalah menentukan Angle of Attack, properti fluida yang melewati airfoil dan lamanya waktu untuk mengamati simulasi.

Pencarian Nilai Fd dan Fl

Setelah melakukan simulasi, kita hanya perlu mengintegrasi variabel pada simulasi. Lalu mengulanginya dengan variasi AoA yang divariasikan dengan waktu pengamatan yang sama. Maka akan didapatkan,

Optimasi Airfoil

Setelah didapatkan data-data Drag dan Lift Force, yang perlu dilakukan selanjutnya, mencari AoA yang tepat agar mendapatkan Drag Force yang kecil dan Lift Force yang besar. Oleh karena itu, diperlukan peran komputer untuk menghitung dengan bahasa pemrograman yaitu Python agar dapat mencari Sudut Optimasi. Untuk mencari optimasi, diperlukan formula berikut pada Python,

Setelah dituliskan formula untuk mencari formula, mendefinisikan variabel-variabel yang dibutuhkan agar dijadikan pertimbangan oleh bahasa pemrograman pada perhitungan. Proses perhitungan seperti berikut,

Dari hasil perhitungan optimasi sudut serang airfoil untuk mendapatkan Drag Force yang minimal dan Lift Force yang maksimal, didapatkan AoA yang optimum sebesar 18.25 derajat

Kembali ke halaman sebelumnya, TUGAS BESAR METODE NUMERIK