Talk:Mekanika Fluida 2019/2020 Jenizhar

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيْمِ

السَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُ

BIODATA DIRI

---

Nama Saya Jenizhar Adivianto akrab di sapa Dio, seorang Mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Nama : Jenizhar Adivianto

NPM : 1806181810

Program Studi : S1 Teknik Mesin Pararel

---

PERTEMUAN 1 : 31 Maret 2020

---

Assalamualaikum Wr wb

Pada hari ini saya mendapatkan pembelajaran jarak jauh (PJJ) dari bang Edo melalui aplikasi zoom, yaitu asisten dosen dari pak Dai yang merupakan alumni Teknik Mesin UI 2014 dan sekarang sedang mengambil S2 atas bimbingan Pak Dai. Materi hari ini yang disampaikan ada 2 pembahasan. Pembahasan yang pertama merupakan sedikit ulasan teori mengenai viskositas fluida atau kekentalan fluida. Pembahasan yang kedua merupakan pembelajaran mengenai tutorial penggunaan software CFDsof.

Pada CFD soft kami diajarkan untuk membuat simulasi aliran laminar 2D dengan mengaplikasikan aliran viscous. Diawali dengan menentukan wall, inflow, outflow. Kemudian menentukan mesh dimana pada setiap dindingnya meshnya menjadi lebih detail. menentukan boundary dan akhirnya melakukan simulasi pada Solver dan dapat dilihat hasilnya pada paraview yang otomatis muncul. Pada paraview kita dapat melihat beberapa hasil yang bervariasi, dimulai dari tekanan, kecepatan, bahkan kurva dari hasil simulasi yang sudah dilakukan. berikut merupakan hasil dari pembuatan mesh yang diajarkan:

Dan berikut merupakan hasil kurva dan analisis kecepatan (V) yang terjadi pada aliran pipa 2D sesuai dengan arahan dari bang Edo:

dari pertemuan pada hari ini, bang Edo memberikan kami sedikit pertanyaan-pertanyaan terkait dengan materi yang disampaikan yaitu:

1. apa itu entrance region/aliran masuk?

2. apa itu aliran sempurna?

3. apa pengaruh viskositas? dan pengaruh pressure drop dalam pipa

4. gimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen

5. apa itu entrance region dan fully developed flow, entrance length?

Jawab :

1. Entrance Region merupakan daerah dimana fluida baru masuk dan kecepatannya beragam. kecepatan fluida masih bergantung kepada jarak (x) dari pipa pada entrance region yang disebabkan oleh efek viskositas selama fluida masih ada pada boundary layer

2. Fully developed flow merupakan aliran pada daerah setelah Entrance region flow. pada aliran ini, fluida sudah keluar dari boundary layer dan sudah tidak dipengaruhi oleh efek viskositas

3. Viskositas sendiri dapat diartikan kepekatan fluida yang dapat menjelaskan besar kecil sentuhan dalam fluida. Dalam pipa semakin besar viskositas semakin sulit fluida dalam pipa untuk bergerak. Sebagai contoh jika fluida berupa air dan oli dialirkan dalam suatu pipa, maka air akan lebih cepat mengalir karena viskositas air lebih kecil dari oli dan molekul air yang bersentuhan dengan area pipa lebih cepat mengalir. Pressure drop dideskripsikan penurunan tekanan dari satu titik dalam sistem contohnya pipa ke titik lain yang memiliki tekanan lebih rendah. Dalam aplikasinya pada pipa pressure drop meningkat sebanding dengan gesekan dalam jaringan pipa, begitupun sebaliknya.

4. Bagaimana cara menghitung pressure drop suatu aliran dalam laminar/turbulen?

                                                    ΔP = f.1/2.l/D.ρ.V^2  
                                                          f = 64/Re

Keterangan :

ΔP = Pressure drop (perbedaan tekanan) (Pa)

l = Panjang pipa pengukuran tekanan (m)

D = diameter pipa (m)

ρ = Densitas fluida (kg/m^3)

V = Kecepatan aliran fluida (m/s)

Re = Bilangan Reynold : Laminar (<2100) Turbulen (>2100

5. Karena entrance region dan fully developed flow sudah dijelaskan pada poin 1 dan 2, pada poin 5 saya hanya akan membahas tentang entrance lenght. Entrance lenght (le) merupakan panjang dari entrance region. Hal ini dipengaruhi oleh jenis aliran yaitu laminar atau turbulence. jenis-jenis aliran bergantung pada reynold number (Re) yang dapat dirumuskan dengan:

le/D = 0,06 Re untuk aliran laminar

le/D = 4,4 (Re)^1/6 untuk aliran turbulence

---

PERTEMUAN 2 : 1 April 2020

---

Assalamualaikum Wr. Wb

Pada pertemuan ini, Pak Dai dan Mas Edo memberikan materi tentang "hukum konservasi". Istilah konservasi sendiri adalah apabila suatu benda dapat bergerak dengan adanya suatu energi kinetik (Ek) dan energi potensial (Ep). Konsep konservasi tersebut diaplikasikan kepada massa, momentum, serta energi pada mekanika fluida yang dibagi menjadi 3 yaitu:

1. Hukum konservasi massa

dm/dt = 0

2. Hukum konservasi momentum

M. dV/dt = sigmaF

3. Hukum konservasi energi

dE/dt = W + Q

kemudian materi berikutnya yang disampaikan adalah penjelasan dari pertanyaan materi pada pertemuan 1 yaitu Entrance Region, Fully Developed Flow, dan Entrance lenght dimana penjelesan - penjelasan tentang istilah-istilah tersebut sudah saya paparkan pada jawaban di pertemuan 1. berikut merupakan ilustrasi dari istilah - istilah tersebut

Setelah penjelasan materi oleh pak Dai, ada soal latihan Cfdsof dari bang edo untuk dikerjakan dan disimulasikan. soal dapat dilihat seperti berikut

---

PERTEMUAN 3 : 7 April 2020

---

Assalamualaikum wr. wb

sebelum memasuki simulasi dengan bang edo, Pak Dai menjelaskan materi tentang persamaan matematis aliran fluida (governing equation) yang mengatur bagaimana aliran fluida. Dapat dilihat contohnya pada file dari pak Dai dibawah ini:

Selanjutnya Pak Dai membahas materi tentang gaya inersia. Bilangan reynolds mempengaruhi peranan gaya inersia. contohnya apabila bilangan reynolds tinggi, maka gaya inersia lebih mendominasi daripada gaya viskositas. contohnya gaya pada aliran fluida pada sayap pesawat. contoh apabila viskositas lebih dominan, yaitu lubricants dengan oli. dengna bilangan reynolds yang tinggi, maka aliran akan semakin turbulens begitu pula sebaliknya. Dapat dilihat rumus bilangan reynolds

Re = Inertia force/friction force (viskositas)

pada sisi masuk, kecepatan seragam atau sama. Sesaat setelah masuk, ada interaksi fluida dengan dinding yang menimbulkan adanya boundary layer. Daerah tersebut disebut dengan entrance region. Selanjutnya ada fully developed flow atau aliran berkembang penuh. Biasanya rummus - rumus empiris angka-angkanya dimasukkan setelah aliran mencapai fully developed flow.

Pengaruh viskositas terhadap entrance region yaitu apa bila viskositas rendah maka fully developed semakin lambat. jadi fluida yang lebih encer fully developednya semakin lambat begitu pula sebaliknya. hal ini juga berpengaruh dengan berubahnya inersia dengan hubungan yang sudah dijelaskan sebelumnya

dalam aliran yang ditinjau, ada tiga gaya yang berinteraksi yaitu gaya inersia, tekanan, dan gesekan.

Selanjutya Pak Dai memberikan soal 8.2 sebagai berikut:

pertama-tama bang Edo mencontohkan dengan membuat pipa 3d terlebih dahulu pada software Inventor atau SOlidworks dan memisahkan mana outlet, inlet, dan wall. kemudian file di save dengan format .STL agar bisa di import ke Cfdsof.

---

PERTEMUAN 4 : 8 April 2020

---

Assalamualaikum Wr.wb

Selamat siang

Pada pertemuan hari ini PJJ atau pembelajaran jarak jauh dibuka oleh Pak Dai sendiri dengan membahas soal 8.4 dari buku Munson. Pak Dai menyebutkan bahwa fluida merupakan zat yang terdeformasi secara terus menerus. Menyebabkan perubahan momentum dari lapisan ke lapisan. Untuk Reynold number yang rendah, lapisan akan bergerak secara ideal karena masih terpengaruh efek viskositas dengan besar. Tidak ada lapisan yang memotong lapisan lain atau disebut juga dengan Aliran Laminar. Untuk Re yang mulai membesar, lapisan mulai berosilasi (bisa saling memotong atau tidak) disebut dengan aliran Transisi. Untuk aliran turbulens memiliki Re yang sangat besar. Untuk kecepatan aliran pada aliran turbulens di titik masuk, kecepatan selalu berubah tiap mili-second sehingga disebut dengan rapid fluctuation

untuk mengetahui tegangan geser, harus mengetahui medan aliran untuk mengetahui kecepatan lokal di setiap titik (U). Pada aliran turbulens, sulit untuk menentukan U di setiap titik karena selalu berubah-ubah setiap saatnya. Untuk memperkirakan kecepatan lokal di titik A misalnya, harus menggunakan pendekatan statistik. Va (kecepatan rata-rata) tidak menggambarkan kecepatan aliran turbulens. Kita harus menguraikan menjadi kecepatan rata-rata dan kecepatan fluktuasi jadi:

Va = Vbar + V'

Rumus Vbar dapat dilihat pada Eq.25 bab 8 pada buku munson

pada aliran turbulens, terjadi pusaran-pusaran yang disebut dengan Eddies. Eddies pada setiap pusaran berbeda-beda pada aliran turbulens. longest fluctuation adalah waktu yang dibutuhkan untuk menjalani satu pusaran.

Kemudian, bang Edo menjelaskan tentang hasil simulasi antara aliran laminar dan turbulen. pada hasil simulasi aliran turbulen, efek viskositas atau daerah biru menjadi semakin tipis.

Juga dapat dilihat pada grafik, dapat dibandingkan bahwa kurva yang cokelat yaitu laminar dan yang biru adalah turbulen. Grafik biru menunjukkan bahwa pada titik dimana fluida mulai menjauhi dinding pipa, maka efek viskositas dan tegangan geser dinding semakin berkurang drastis sehingga yang dominan adalah tegangan geser turbulens.

Selanjutnya yaitu kurva disipasi energi pada fluida. Dapat dilihat dengan mendekatnya fluida ke dinding maka semakin besar juga disipasi energi karena efek viskositas. jadi energi seperti diserap oleh sub layer.

---

PERTEMUAN 6 : 15 April 2020

---

Assalamualaikum wr wb

Selamat siang

Pada hari ini pembelajaran jarak jauh (PJJ) dibuka oleh pak Dai pada jam 13.00. pertama-tama pak Dai menjelaskan bahwa Fundamental dari mekanika fluida harus dapat dikuasai terlebih dahulu sehingga pak Dai selalu menekankan konsep - konsep dan teori dari mekanika fluida. Selanjutnya Pak Dai membahas tentang daya (P) dan Tekanan (p). Rumus daya adalah

P = F . V

F = Gaya

V = Kecepatan

Selanjutnya pak Dai menjelaskan bahwa tegangan adalah energi per satuan volume. Salah satu hukum untuk fluida adalah hukum konservasi energi dengan rumus:

dE/dt = Q + W

e = u + 1/2v^2 + h

Persamaan bernoulli merupakan turunan dari hukum konservasi energi dengan rumus

P + 1/2pv^2 + ro(p).g.h = konstan (Ideal = no energy loss) incompressible, no viscosity

ro(p).g = gamma (specific gravity)

Perbedaan incompressible fluid dan incompresible flow. contohnya adalah udara. udara adalah compressible fluid tetapi jika kecepatan dibawah 100 m/s dan A < 0,3 maka menjadi incompressible flow. compressible flow adalah apabila terjadi perubahan density pada flownya. perubahan density tersebut biasa terjadi karena kecepatan yang sangat tinggi.

Persamaan energi aliran fluida real/viskos untuk incompressible dan steady state. Pada airan real, terjadi loss antara inlet dengan outlet. ada 2 loss yaitu major dan minor losses. pertama, Major losses disebabkan oleh gesekan dinding /viskositas. Energi berkurang karena disipasi energi. Untuk moinor losses yaitu gesekan yang terjadi bukan pada dinding. Salah satu metode yang sering dipakai adalah moody diagram.

RUmus bernoulli bisa dengan deltaP atau hl

DeltaP = f.L/D.ro(p).v^2 (major loss)

f = faktor gesek -> dapet dari reynolds number dan kekasaran pipa (Epsilon) semakin kasar pipa maka semakin tidak berpengaruh bilangan reynolds (didapatkan dari Moodys diagram). karena terdapat vortex-vortex yang semakin besar dan banyak pada aliran apabila pipanya semakin kasar.

L = panjang pipa

D = diameter

v = kecepatan

hl = Energi yang digunakan fluida untuk 1 N air untuk ketinggian 10 meter (Nm/N) (joule/berat)

f.L/D = K

K biasa digunakan untuk minor losses sedangkan f.L/D untuk major losses

Contohnya terdapat pada pompa, daya pompa yaitu:

Ppompa = Gamma.Q.h

Gamma = specific gravity

Q = debit

h = tinggi pipa

minor losses contohnya terjadi pada pembesaran pipa. Ada konsumsi energi, semakin besar perbandingan diameter maka semakin besar minor lossesnya. contoh lainnya yaitu pada pipa yang membelok, disitu terjadi vortex (secondary flow). Secondary flow ini yang menyebabkan minor losses.

selanjutnya pak Dai memberikan tugas untuk mensimulasikan aliran dengan membuktikan adanya secondary flow (vortex) untuk mengetahui adanya minor losses atau tidak. Boleh pembesaran pipa, pengecilan, atau pipa yang membelok. Bandingkan dengan yang dibuku.

---

PERTEMUAN 7 : 21 April 2020

---

---

PERTEMUAN 8 : 22 April 2020

---

Assalamualaikum Wr. Wb Selamat siang

Pada pertemuan kali ini kami ditanyakan satu per satu oleh pak Dai untuk mempresentasikan kontribusi kami pada AIR dan menjelaskan salah satu materi yang paling kita pahami. Dimulai dari Abjad A sampai akhirnya giliran saya terpanggil.

Disini saya mempresentasikan materi dengan topik reynolds number dan bagaimana reynolds number mempengaruhi jenis aliran. Saya menjelaskan bahwa reynolds number berbanding lurus dengan Kecepatan masuk dan berbanding terbalik dengan viskositas. disini daya bisa menyimpulkan bahwa apabila viskositas rendah maka aliran tersebut cenderung turbulen dan apabila viskositas tinggi maka aliran tersebut cenderung ke laminar. tidak lupa juga disini bergantung pada kecepatan masuk, massa jenis air, dan ketinggian pipa. Tetapi menurut saya yang paling berpengaruh adalah viskositas fluidanya.

Sebagai anak teknik, menurut saya pembahasan ini sangat penting untuk mengetahui dasar-dasar sistem mekanika fluida. Dengan mengetahui dasar-dasar fundamental ini, kita akan semakin dapat lebih mudah untuk mempelajari hal-hal yang lebih kompleks nantinya dan tidak bingung lagi apabila ada problem yang harus diselesaikan

Setelah itu pak Dai memberi ringkasan tentang hal-hal yang akan dipelajari Pasca uts yaitu internal flow dan external flow

- internal flow adalah aliran yang dibatasi oleh dinding (benda padat)

- External Flow adalah aliran yang boundarynya tidak dibatasi semuanya oleh benda padat atau dinding

Tugas besar yang akan dibuat yaitu : buat simulasi internal flow atau external flow (bebas) dan aplikasinya untuk engineering

kira - kira sekian untuk pertemuan kali ini Wassalamualaikum Wr Wb

---

PERTEMUAN 9 : 28 April 2020

---

Assalamualaikum Wr. Wb Selamat siang

Pada pertemuan kali ini, PJJ dibuka oleh pak Dai dengan menindak lanjuti tanya jawab yang belum selesai pada minggu lalu

---

PERTEMUAN 10 : 29 April 2020

---

Assalamualaikum Wr. Wb

Pada pertemuan PJJ kali ini, Kelas dibuka oleh Pak Dai dan Bang Edo tentang bab baru yang berjudul flow over immersed body. Contoh dalam kehidupan sehari-hari yaitu fluida melewati bangunan atau bodi mobil. Contoh kasus external flow lainnya yaitu penyebaran virus. Konsentrasi belajar kita yaitu bagaimana efek external flow terhadap benda yang tenggelam oleh fluida tersebut atau gaya-gaya yang terjadi dengan benda yang berinteraksi dengan fluida. Gaya ini disebabkan oleh adanya tegangan. Pressure merupakan normal stress. Pada gambar 1 mennunjukan distribusi tekanan. Menimbulkan efek gaya keatas dengan memanipulasi sehingga resultan gaya akan berarah keatas. Dengan berinteraksi dengan fluida, benda akan mengalami shear stress atau gesekan. Pak Dai menekankan perbedaan normal stress dengan shear stress. normal stress yang tegak lurus dengan benda sedangkan shear stress yang pararel dengan benda. untuk menghitung hambatan air foil yaitu

p.(s).dA

dA = ds.tebal sayap

Dibagi 2 zona yaitu free stream (inviscid) dan zona viskos. berkaitan dengan bilangan reynolds, apabila Re kecil maka zona akan melebar dan apabila Re besar maka zona akan menipis ke sekitar dinding saja.

Kemudian Pak Dai menjelaskan bagaimana menentukan boundary pada simulasi. boundary harus diperkirakan pada daerah dimana viskositas sudah tidak mempengaruhi fluida. untuk atas dan depan biasanya 2L, tetapi nilai itu tidak pasti, harus dengan trial error. untuk bagian belakang diperkirakan yaitu 10L karena pada belakang benda psti akan terjadi vortex sehingga boundary harus menunggu sampai kecepatan aliran menjadi seragam kembali. Boundary pesawat berbeda dengan mobil, pesawat tidak ada wall sedangkan mobil ada wall di bagian bawah.

Kemudian kelas dilanjutkan dengan simulasi yang dipimpin oleh bang edo. pada simulasi kali ini kami mengsimulasikan external flow dengan mobil yang melaju. pertama-tama, mengimport geometri mobil yang sudah dibuat ke dalam cfd sod. Kemudian menentukan mesh dan boundary karena kita hanya ingin menguji untuk dua dimensi jadi mesh dalam dimensi z kita kecilkan. Gambar boundary dan hasil mesh dapat diihat pada gambar dibawah ini.

Boundary yang dimasukkan

Hasil meshing

setelah itu bang Edo mengajarkan kami tentang refinement. refinement berguna untuk merapatkan mesh sesuai yang kita mau, contohnya kita ingin membuat simulasi pada daerah permukaan mobil menjadi lebih detil, maka kita gunakan refinement.

Box dari refinement

selanjutnya, kita memasukan fluid properties dan mengsimulasikan external flow ini. Fluid properties termasuk Re, kecepatan, dll kita hitung terlebih dahulu pada excel agar lebih mudah dan otomatis. berikut hasil hitungan fluid properties yang digunakan

Hitungan Fluid Properties

Kemudian, berpindah ke CFD solve dan run solver untuk mengetahui bagaimana hasil simulasinya. Simulasi dilakukan dengan runtime 10 detik dan akan di rekam hasilnya setiap 0,1 detik sehingga nanti akan terlihat hasil simulasi per 0,1 detik. Saat selesai Run solver, maka halaman akan otomatis membuka Paraview untuk melihat hasil simulasi. Hasil simulasi pada detik 0 dan detik 10 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Detik 0 simulasi

Detik 10 simulasi

Detik 10 simulasi Surface LIC

Kesimpulan yang dapat diambil adalah terbukti bahwa pada external flow yang melewati suatu permukaan bodi mobil akan menimbulkan vortex pada daerah belakang yang beragam tergantung dengan Reynolds number fluida tersebut. Apabila Reynolds number besar maka akan terjadi vortex yang besar dan sebaliknya. Tetapi apabila Reynolds number sudah diatas 10^5 dan semakin tinggi lagi, maka daerah vortex pada belakang bodi mobil atau permukaan semakin menyempit