Review Pekan 4

ditulis oleh Muhammad Fajri Shiddiq

Kinematika Fluida

Dinamika fluida adalah studi ilmiah tentang perilaku fluida (cairan, gas, dan plasma) yang bergerak. Ini adalah cabang mekanika fluida, yang berkaitan dengan studi tentang fluida diam dan bergerak.

---

Metode pembelajaran gerak fluida terdapat 2 cara, yaitu Langrangian Approach dan Eulerian Approach. Pendekatan Lagrangian dalam dinamika fluida adalah metode untuk menggambarkan perilaku fluida dengan melacak gerakan partikel fluida individu dari waktu ke waktu. Pendekatan ini didasarkan pada prinsip kekekalan massa, yang menyatakan bahwa massa total suatu fluida tetap konstan terhadap waktu. Sedangkan, Pendekatan Euler dalam dinamika fluida adalah metode untuk menggambarkan perilaku fluida dengan melacak gerak sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan kerapatan pada titik-titik. Pendekatan ini didasarkan pada prinsip kekekalan massa, momentum, dan energi.

Dalam pendekatan Lagrangian, fluida dipandang sebagai kumpulan partikel diskrit, masing-masing dengan posisi dan kecepatan tertentu pada waktu tertentu. Partikel-partikel ini bergerak sebagai reaksi terhadap gaya yang bekerja padanya, seperti tekanan dan viskositas.

Formulasi dinamika fluida Lagrangian berguna untuk menganalisis aliran fluida yang sangat tidak stabil dan kompleks, seperti aliran turbulen. Ini juga sangat berguna untuk mempelajari perilaku partikel individu, seperti dalam kasus aliran bermuatan partikel atau aliran multifase.

Namun, pendekatan Lagrangian dapat menjadi komputasi yang intensif bila diterapkan pada aliran fluida skala besar, karena memerlukan pelacakan gerakan partikel individu dalam jumlah besar dari waktu ke waktu. Dengan demikian, sering dilengkapi dengan pendekatan Eulerian, yang menjelaskan gerakan fluida dalam hal sifat fluida seperti kecepatan dan tekanan pada titik tetap dalam ruang.

Dalam pendekatan Euler, fluida dipandang sebagai medium kontinu yang menempati suatu wilayah ruang. Sifat-sifat fluida seperti kecepatan dan tekanan dijelaskan oleh fungsi matematika yang bervariasi terhadap waktu dan posisi dalam domain fluida. Fungsi-fungsi ini dikenal sebagai variabel medan fluida.

Pendekatan Euler sangat berguna untuk menganalisis aliran fluida skala besar, seperti yang ditemui dalam aplikasi teknik, karena memungkinkan untuk deskripsi sifat fluida di seluruh domain fluida. Ini juga biasa digunakan untuk simulasi numerik aliran fluida, karena efisien secara komputasi dan tidak memerlukan pelacakan gerakan partikel individu.

Salah satu kelemahan dari pendekatan Euler adalah tidak memberikan informasi tentang perilaku partikel fluida individu dari waktu ke waktu. Ini bisa menjadi batasan dalam beberapa kasus, seperti saat mempelajari perilaku partikel tersuspensi atau polutan dalam cairan. Dalam kasus ini, pendekatan Lagrangian mungkin lebih tepat.

---

Karakteristik Aliran

Steady Flow, kondisi ketika sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan densitas tidak berubah terhadap waktu pada titik tertentu.

Non Steady Flow, kondisi ketika sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan densitas berubah terhadap waktu pada titik tertentu.

Uniform Flow, kondisi ketika aliran fluida di mana sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan kerapatan tetap konstan di setiap titik.

Non Uniform Flow, kondisi ketika aliran fluida di mana sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan kerapatan bervariasi pada titik tertentu.

Compressible Flow, sifat aliran fluida di mana densitas fluida berubah secara signifikan karena perubahan tekanan dan suhu. compressible flow biasanya ditemui pada aliran kecepatan tinggi dan dalam gas.

Incompressible Flow, sifat aliran fluida di mana densitas fluida tetap konstan, terlepas dari perubahan tekanan dan suhu. incompressible flow biasanya ditemui pada kecepatan rendah dan dalam cairan.

---

Jenis kemungkinan aliran

1. Steady Uniform Flow

2. Steady non uniform flow

3. non steady - uniform flow

4. non steady non uniform flow

---

Tipe Aliran

One Dimensional Flow, Aliran fluida yang seragam dalam satu arah dan hanya berubah dalam dua arah lainnya.

Two Dimensional Flow, Aliran fluida yang bervariasi dalam dua arah dan seragam dalam arah ketiga.

Three Dimensional Flow, Aliran fluida yang bervariasi dalam ketiga arah.

Laminar Flow, Aliran fluida di mana partikel-partikel fluida bergerak dalam lapisan-lapisan halus atau aliran-aliran, dengan sedikit atau tanpa pencampuran antara lapisan-lapisan yang berdekatan.

Turbulent Flow, Aliran fluida di mana partikel-partikel fluida bergerak dengan cara yang tidak beraturan dan kacau dengan tingkat pencampuran yang tinggi antara lapisan-lapisan yang berdekatan.

agar dapat membedakan apakah aliran luminar atau turbulen, di pakai Persamaan

untuk aliran pada bidang: R_e=ρVL/μ untuk aliran pada pipa: R_e=ρVD/μ

Jika, Re<=2300 , aliran laminar 2300<=Re<=4000, aliran transisi dari laminer ke turbulen Re>=4000, aliran turbulen

Subsonic Flow, Aliran fluida di mana kecepatan fluida kurang dari kecepatan suara.

Transonic Flow, Aliran fluida di mana kecepatan fluida mendekati kecepatan suara.

Supersonic Flow, Aliran fluida di mana kecepatan fluida lebih besar daripada kecepatan suara.

Hypersonic Flow, Aliran fluida di mana kecepatan fluida jauh lebih besar daripada kecepatan suara.

Critical Flow, liran fluida di mana kecepatan aliran mencapai kecepatan kritis, yaitu kecepatan di mana tekanan fluida sama dengan tekanan uap fluida.

Sub Critical Flow, Aliran fluida di mana kecepatan aliran kurang dari kecepatan kritis.

Super Critical Flow, Aliran fluida di mana kecepatan aliran lebih besar dari kecepatan kritis.

Compressible Flow, Aliran fluida di mana kerapatan fluida berubah secara signifikan karena perubahan tekanan dan suhu.

Incrompessible Flow, Aliran fluida di mana densitas fluida tetap konstan, terlepas dari perubahan tekanan dan suhu.

Internal Flow, Aliran fluida yang terkurung di dalam pipa atau saluran.

External Flow, Aliran fluida di atas permukaan padat atau melalui ruang tak terbatas.

Inviscid Flow, Aliran fluida dimana tidak ada gesekan atau viskositas.

Viscous Flow, Aliran fluida yang didalamnya terdapat gesekan atau viskositas.

Rotational Flow, Aliran fluida di mana partikel-partikel fluida berputar pada suatu sumbu.

Irrotational Flow, Aliran fluida di mana partikel-partikel fluida tidak berputar pada suatu sumbu.

Fully Developed Flow, Aliran fluida di mana profil kecepatan tetap konstan dalam arah aliran.

Tugas Mekanika Fluida

1. Steady state flow merupakan aliran dimana sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan densitas tidak berubah terhadap waktu pada titik tertentu. Pada dunia nyata, aliran steady state dapat ditinjau pada aliran air pada pipa.

2. Dalam mempelajari fluida, terdapat 2 metode pendekatan yang dapat membantu. Langarian Approach adalah metode untuk menggambarkan perilaku fluida dengan melacak gerakan partikel fluida individu dari waktu ke waktu. Eularian Approach dalam dinamika fluida adalah metode untuk menggambarkan perilaku fluida dengan melacak gerak sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan kerapatan pada titik-titik tertentu.

3. Aliran uniform adalah ketika aliran fluida di mana sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan kerapatan tetap konstan di setiap titik. Sedangkan, aliran non-uniform adalah ketika aliran fluida di mana sifat-sifat fluida seperti kecepatan, tekanan, dan kerapatan bervariasi pada titik tertentu. Contoh fenomena pada dunia nyata adalah ketika