Elita Kabayeva

Elita Kabayeva

BIODATA DIRI

Nama : Elita Kabayeva

NPM : 1906435486

Jurusan : Teknik Mesin

PERTEMUAN I MEKANIKA FLUIDA (Selasa, 03/31/2020)

Pertemuan hari ini (03/31/2020) dimulai dengan penjelasan singkat mengenai teori Aliran Fluida Viskos dalam Pipa yang disampaikan oleh bang Muhammad Hilman Gumelar (bang Edo) via aplikasi Zoom. Penjelasan tersebut berlangsung selama kurang lebih tiga puluh menit dan kemudian dilanjutkan dengan praktek menggunakan software CFDSOF.

SIMULASI CFDSOF

Dalam pertemuan kali ini bang Edo sudah memiliki perhitungan studi kasus mengenai aliran fluida viskos dalam excel yang terlebih dahulu ditampilkan dan simulai CFDSOF akan mengacu pada data-data pada studi kasus tersebut.

Masuk pada CFDSOF, yang pertama dilakukan adalah menentukan base mesh. Digunakan tipe mesh box, karena dalam simulasi ini, yang digunakan adalah visualisasi 2 Dimensi. Karena hal itu juga, pada saat mengisi Box Mesh Dimension, yang diisi adalah dimensi pada sumbu X dan Y saja. Sedangkan untuk sumbu Z, diisi dengan nilai sekecil mungkin (pada kesempatan ini digunakan nilai -0,01<Z<0,01. Kemudian pada pengisian Box Mesh Properties, untuk division, dicari rasio pada X dan Y yang akan menghasilkan grid simetris, sedangkan untuk sumbu Z dapat diabaikan. Setelah mengisi division, untuk grading, diisi pada sumbu Y dengan Grading 1 sebesar 10 dan Grading 2 sebesar 0.1. Hal ini dilakukan dengan paham bahwa fluida yang berkontak dengan dinding pipa akan memiliki v = 0 dan gaya geser tinggi. Grading dilakukan agar pada saat simulasi, didapatkan hasil yang lebih teliti pada bagian yang berkontak dengan pipa. Setelah itu, dilakukan pemilihan untuk properti masing-masing sumbu dengan X- Inlet, X+ Outlet, Y- & Y+ wall, serta Z- & Z+ empty.

Pada opsi Generate Mesh, dilakukan pemindahan koordinat mesh agar berada di dalam Box Mesh yang akan disimulasikan.

Setelah koordinat mesh dipindahkan, dilakukan Generate Mesh, sehingga box mesh akan menjadi seperti yang terlihat berikut.

Kemudian dilakukan opsi Check Mesh.

Masuk ke opsi Simulation Model, karena simulasi kali ini adalah Fluida Inkompresibel dan Steady-State (kesimpulan Steady-State di dapatkan dari hasil penghitungan Reynold Number pada studi kasus yang sebelumnya sudah diberikan), maka untuk menu-menu pada opsi Simulation Model ini tidak perlu diubah (namun jika ada perubahan, semisal fluida adalah Kompresibel, atau transien, atau ingin dilakukan penghitungan heat transfer, maka pilihan pada menu-menu tersebut dapat disesuaikan).

Pada bagian Fluid Properties, disini karena fluida yang akan ditinjau sudah sesuai (yakni Udara) maka tidak perlu dilakukan perubahan apa-apa. Namun jika ternyata fluida yang akan disimulasikan berbeda, dapat dilakukan perubahan yang sesuai.

Dalam opsi Boundary Conditions, dilakukan penyesuaian BC untuk masing-masing titiknya. Pada X- inlet, dispesifikasikan BC adalah Velocity Inlet dan menginput nilai kecepatannya serta membatasi lebih lanjut dengan tipe Surface Normal Fixed Value. Untuk X+, Y-, Y+ dilakukan penyesuaian.

Setelah itu, masuk ke opsi CFD Solve. Disini karena pada bagian Numerical Schemes tidak perlu dilakukan penyesuaian apapun, langsung masuk ke Run Solver. Pada bagian ini, perlu diperhatikan untuk megganti tipe Write Control menjadi Run Type sebanyak 1000 kali (dipilih 1000 karena menyamakan dengan jumlah iterasi pada Steady-State Simulation Time Control. Lalu, klik tombol Run Solver. Akan didapatkan hasil bahwa simulasi ini konvergen setelah 154 kali iterasi.

Berlanjut ke opsi CFDPost, pilih post processing with third party tools. Ini akan membawa kita ke software untuk memvisualisasi hasil simulasi, Paraview. Pada Paraview, setelah di klik apply pada file dari CFDSOF tadi, akan muncul hasil visualisasi sebaran pressure pada simulasi.

Dapat diganti menjadi hasil sebaran kecepatan fluida sebagai berikut.

Untuk mendapatkan grafiknya, dapat dipilih opsi Outline Over Line dan kemudian memilih Y axis pada panel kiri. Untuk line parameters X point 1 dan point 2 dipilih 0.1 . Klik apply dan akan muncul grafik seperti demikian.

Proses Outline Over Line saya ulangi dua kali lagi dengan point 1 dan point 2 berikutnya adalah 0.5, 0,5 dan 1, 1. Hasil perbandingan grafiknya adalah sebagai berikut.

DESKRIPSI

Entrance Region

Merupakan jarak yang dilalui aliran setelah memasuki pipa sebelum aliran berkembang sepenuhnya.

Fully Developed Flow

Mengimplikasikan bahwa profil kecepatan suatu fluida tidak berubah pada arah aliran fluida, sehingga menyebabkan momentum juga tidak berubah pada arah fluida. Dalam kasus ini, tekanan pada arah ini akan sama besar (mengimbangi) gaya geser di dekat dinding.

Entrance Length

Mengacu pada panjang dari Entrace Region, suatu area yang mengikuti jalur masuk pipa dimana efek dari dinding interior berpengaruh pada aliran sebagai boundary layer yang meluas.

PERTEMUAN II MEKANIKA FLUIDA (Rabu, 04/01/2020)

Pada pertemuan hari ini (04/01/2020), pak Dai memberikan kuliah mengenai tiga hukum dasar yang digunakan pada mekanika fluida. Yakni ; konservasi energi, konservasi massa, dan konservasi momentum.

Kemudian juga dibahas tentang entrance region, fully developed flow, pressure drop dan tekanan-tekanan.

1. Entrance region; jarak fluida dari saluran masuk hingga profil aliran tidak berubah.

2. Fully developed flow ; daerah setelah aliran masuk saat kecepatannya tetap.

3. Pressure Drop ; perbedaan tekanan (dalam hal ini tekanan dinamik).

4. Tekanan ; pada dasarnya adalah energi, sedangkan energi tidak dapat hilang atau dibentuk, dalam artian pressure drop sendiri bukanlah perbedaan tekanan yang hilang, namun energi dalam bentuk tekanan tersebut berubah menjadi energi panas dikarenakan gesekan dengan dinding aliran.

Kemudian setelah pak Dai memberikan materi, bang Edo memberikan simulasi CFD terkait fungsi grid yang mana akan berpengaruh pada grafik yang ditampilkan. Semakin kecil grid maka Pada pertemuan ini pak Dai memberikan PR yang dikerjakan dengan software CFDSOF untuk mencari perubahan kecepatan pada entrance region. Berikut adalah Persoalan dan data-data yang diperoleh :

Pada umumnya bentuk vektor kecepatan searah sumbu x yang terjadi pada persoalan diatas adalah sebagai berikut:

Vektor Velocity (Back View)

Vektor Velocity (Middle View)

Vektor Velocity (Front View)

Pada point a bagian 1 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 30 dan entrance length adalah 0,18 m. Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :

Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,18 m(entrance length), 0,5 m dan 0,9 m adalah sebagai berikut :

Pada poin a bagian 2 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00001 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 120 dan entrance length adalah 0,72 m. Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :

Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,72 m(entrance length), 0,8 m dan 0,99 m adalah sebagai berikut :

Dari hasil simulasi CFDSOF yang disupport oleh software paraview pada point a bagian 1 dan 2, perubahan kecepatan pada entrance region lebih besar jika dibandingkan dengan perubahan kecepatan setelah entrance region yang mana perubahan kecepatan jauh lebih kecil. Hal ini menguatkan teori bahwa perhitungan kecepatan pada daerah entrance region jauh lebih kompleks daripada perubahan kecepatan pada fully developed region yang mana perubahan kecepatan sangat kecil sehingga perhitungannya pun jauh lebih simpel.

Pada point b bagian 1 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,01 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 30 dan entrance length adalah 0,18 m. Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :

Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,18 m(entrance length), 0,5 m dan 0,9 m adalah sebagai berikut :

Pada poin b bagian 2 berdasarkan data-data yang ada dengan inlet velocity adalah 0,04 m/s dengan viskositas dinamik 0,00004 kg/m.s diperoleh Reynold numbers sebesar 120 dan entrance length adalah 0,72 m. Berikut adalah hasil grafik kecepatan dan tekanan yang diperoleh :

Kemudian titik searah sumbu x yang digunakan untuk mengetahui perubahan kecepatan yang diperoleh adalah 0,01 m, 0,72 m(entrance length) dan 0,9 m adalah sebagai berikut :

Dari hasil simulasi CFDSOF yang disupport oleh software paraview pada point b bagian 1 dan 2, perubahan kecepatan pada entrance region lebih besar jika dibandingkan dengan perubahan kecepatan setelah entrance region yang mana perubahan kecepatan jauh lebih kecil. Hal ini menguatkan teori bahwa perhitungan kecepatan pada daerah entrance region jauh lebih kompleks daripada perubahan kecepatan pada fully developed region yang mana perubahan kecepatan sangat kecil sehingga perhitungannya pun jauh lebih simpel.

Pada poin a dan b, seiring dengan perubahan kecepatan pada entrance region, parameter lain yang berubah adalah tekanan dinamik dikarenakan hubungan tekanan dinamik dan kecepatan adalah sebagai berikut :

Dengan μ dan V berturut-turut adalah viskositas dinamik dan kecepatan. Hal ini menyebabkan tekanan dinamik cenderung lebih konstan ketika berada pada fully developed region dikarenakan perubahan kecepatan pada daerah tersebut sangat kecil, namun sebaliknya tekanan dinamik cenderung mengalami perubahan yang cukup besar ketika berada pada entrance region.