Tutorial CFDSOF-NG: Aliran Diantara 2 Pelat Sejajar

Deskripsi Masalah

Aliran diantara 2 pelat sejajar biasa disebut dengan channel flow. Diberikan kasus CFD 2D pada aliran laminar pada sebuah channel flow untuk dicari kondisi fisik aliran tersebut. Berikut adalah dimensi dari channel flow:

• Tinggi, H = 0,1 m
• Panjang, L = 1 m

Menggunakan simulasi CFD, carilah perkembangan profil kecepatan aliran yang terjadi di dalam channel untuk kondisi fluida dan aliran berikut:

• Massa jenis udara = 1.2 kg/m3
• Dynamic viscosity = 1e-5 kg/ms
• Kecepatan inlet = 0.01 m/s

Langkah Penyelesaian

Berikut adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk menyelesaikan masalah aliran di atas menggunakan aplikasi CFDSOF-NG.

Membuat Direktori Kerja

CFDSOF-NG menyimpan semua hasil kerja dan perhitungan dalam satu direktori/folder. Sebelum mulai menyelesaikan kasus CFD dengan CFDSOF-NG, silahkan membuat direktori/folder kerja terlebih dulu.

Langkah	Tampilan	Uraian dan Catatan
1. Membuka program CFDSOF-NG	800px	Klik ganda ikon CFDSOF-NG pada layar desktop. Selanjutnya akan muncul halaman utama CFDSOF-NG seperti tampilan di samping.
2. Membuat case baru		Klik File > New Case atau klik New Case Buat direktori/folder baru dengan nama ChannelFlow, klik Select Folder Apabila benar, maka dipojok kanan bawah dari aplikasi CFDSOF-NG akan menunjukan status direktori case yang aktif.

Pre-Processing: Membuat Model CFD

Pada bagian ini akan dibuat model simulasi CFD yang terdiri atas pembuatan domain fluida, mesh, memasukkan kondisi batas dan kondisi awal. Sebelum itu, hal penting yang harus diketauhi adalah pemahaman mengenai masalah yang akan diselesaikan. Pemahaman yang didapat dari deskripsi masalah adalah sebagai berikut:

1. Simulasi diasumsikan steady state dan dalam 2 Dimensi.
2. Aliran udara adalah laminar. Udara diasumsikan incompressible.
3. Pembatas channel berupa wall/tembok. Secara fisik, hal ini mengakibatkan kecepatan aliran udara di tembok adalah 0 m/s dan bertambah secara gradual seiring menjauhi tembok. Hal ini adalah efek dari No Slip Condition.
4. Bentuk channel adalah simetri terhadap sumbu y. Dengan hal ini, domain komputasi dapat diperkecil akibat geometri yang simetri ini.
5. Gaya gravitasi diabaikan.
6. Analisis energi (thermal) diabaikan.

Langkah	Tampilan	Uraian dan Catatan
3. Membentuk domain komputasi dan mengatur mesh		Domain Komputasi Akibat kondisi simetri, kita hanya perlu membuat setengah dari domain fluida yang ingin disimulasikan. Disini kita akan membuat domain dari titik tengah hingga dinding atas (y = 0 m hingga y = 0.05 m). Membentuk domain komputasi, dilakukan dengan cara: Klik Base Mesh Selanjutnya, pada tab Box Mesh, masukkan nilai Min. Coordinates = (0.0, 0.0, 0.00) Max. Coordinates = (1.0, 0.05, 0.01) Tekan Enter untuk melihat bentuk domain komputasi. Perlu diketahui, domain komputasi pada deskripsi masalah adalah dalam 2D, namun disini kita membuat domain komputasi dalam 3D karena CFDSOF-NG tidak dapat menyelesaikan masalah fluida dalam 2D. Hal ini bukan masalah besar. Pada langkah selanjutnnya akan ditunjukan bagaimana menghilangkan efek 3D pada simulasi ini. Mesh Pembuatan mesh dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi no slip. Untuk mengakomodir semua variasi kecepatan terhadap sumbu y, maka mesh di sekitar tembok perlu dirapatkan. Selanjutnya, mengatur bentuk mesh dilakukan dengan cara sebagai berikut: Ubah division pada sumbu x, y, dan z menjadi 30, 15, dan 1. Artinya domain komputasi sepanjang sumbu-x akan dibagi menjadi 30 bagian, sepanjang sumbu-y menjadi 15 bagian, dan sepanjang sumbu-z hanya 1 bagian. Ubah grading pada sumbu y menjadi 0.05. Hal ini akan membuat ukuran mesh berubah secara gradual dari sumbu-y maksimum menuju sumbu simetri. Grading ini adalah perbandingan ukuran mesh pada ujung sumbu-y maksimum dengan sumbu simetri. Tekan enter untuk melihat hasil. Tambahan Anda dapat memperbesar tampilan grafis menggunakan scroll pada mouse anda.
4. Mengatur Box Mesh Boundaries pada domain komputasi		Setiap permukaan yang ada pada domain komputasi akan didefinisikan tipe boundary-nya. Berikut data-data yang harus diisi pada Box Mesh Boundaries: format: [boundary face > boundary name > boundary patch > boundary id] x- face > inlet > patch > 1 x+ face > outlet > patch > 1 y- face > symmetry > symmetry > 1 y+ face > wall > wall > 1 z- face > boundary > empty > 1 z+ face > boundary > empty > 2
5. Generate Mesh		Generate Base Mesh klik tombol Generate Base Mesh. Akan muncul terminal setelah anda klik tombol tersebut. Terminal tersebut akan menuliskan log pembuatan mesh. Apabila mesh telah rampung dibuat, maka akan ada notifikasi pada bagian kanan status bar dan tampilan grafis dari domain komputasi berubah. Check Mesh Sebelum memulai simulasi, pastikan mesh yang telah dibuat telah memenuhi kualitas mesh dari CFDSOF-NG. Berikut adalah langkah-langkahnya: Klik kolom Check Mesh Klik tombol Check Mesh Mesh OK muncul pada display, artinya mesh telah memenuhi kualitas yang dibutuhkan dan siap untuk digunakan.
6. Mengatur Model Simulasi		Atur model simulasi yang benar agar solusi dapat merepresentasikan kondisi fisis yang sebenarnya. Berikut adalah langkah-langkahnya: Klik kolom Simulation Model Pilih aturan berikut: Time: Steady-state Flow Compressibility: incompressible Flow Regime: subsonic Turbulence: laminar Multi-phase: off Body Forces: (0.0, 0.0, 0.0)
7. Input Properti Material, Boundary Conditions, dan Initial Conditions		Properti Material Properti material yang dimaksud adalah properti fluida udara. Untuk simulasi ini, hanya persamaan kekekalan massa dan momentum yang harus diselesaikan. Maka properti fluida yang harus dimasukkan hanya massa jenis dan dynamic viscosity. Berikut cara memasukkan properti material fluida udara: Klik kolom Materials Isi data berikut Material Name: Udara Density: 1.2 Dynamic Viscosity: 1e-5 Boundary Conditions Selanjutnya, masukkan kondisi batas yang ada pada setiap boundary faces. Berikut adalah langkah-langkahnya: Klik kolom Boundary Conditions. Pada kolom ini akan terlihat Face properties yang berisi boundary faces dan Transport variables boundaries yang terdiri dari 2 variabel utama, Tekanan dan Kecepatan. 2 Variabel ini yang akan dimasukkan ke dalam tiap boundary faces. Masukkan data berikut: Face Name: Inlet1 Face Type: patch Velocity Type: fixed value Value: (0.01, 0.00, 0.00) Pressure Type: zero gradient Face Name: Outlet1 Face Type: patch Velocity Type: zero gradient Pressure Type: fixed value Value: 0 Face Name: Symmetry1 Face Type: Symmetry Face Name: Wall1 Face Type: wall Velocity Type: No slip Pressure Type: zero gradient Face Name: Boundary1 Face Type: Empty Face Name: Boundary2 Face Type: Empty Initial Conditions klik menu Initial Conditions. Lewat menu ini, anda akan dapat memasukkan nilai awal dari variabel tekanan dan kecepatan dalam medan aliran. Apabila tidak dibutuhkan, biarkan pada nilai default