Kuliah CFD M. Hilman Gumelar Syafei

Bismillahirrahmanirrahim

Ini adalah page berisi catatan perkuliaha mata kuliah Computation Fluid Dynamics yang ditulis oleh M. Hilman Gumelar Syafei, mahasiswa S2 Teknik Mesin Universitas Indonesia. Segala tulisan yang ada disini tidak terjamin terhindar dari adanya kesalahan, baik dari segi tulisan, ataupun pemahaman konsep. Penulis berharap semoga catatan kecil ini dapat menjadi catatan yang bermanfaat, khususnya bagi penulis sendiri.

11/17/2020 - Aliran External: Turbin VAWT

Kasus aliran eksternal merupakan salah satu kasus aliran yang banyak ditemukan pada aplikasi engineering, diantaranya yaitu turbomachinery. Ilmu CFD dapat dimanfaatkan untuk menganalisis kasus aliran eksternal pada turbomachiner. Pertemuan kali ini akan membahas mengenai kasus simulasi turbin angin jenis Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) yang akan disimulasikan dengan menggunakan software CFDSOF.

Yang menarik, kali ini, kita tidak akan menggunakan software melalui GUI (Graphic User Interface), melainkan kita akan mencoba menjalankan simulasi melalui Text Editor Enginer Software ya secara langsung.

Deskripsi Aliran kasus

Aliran dimodelkan dengan aliran dua dimensi. Hal ini dimaksudkan agar simulasi dapat berjalan dengan waktu simulasi yang relatif lebih cepat.

Kemudian, dapat dilihat bahwa pada gambar ditengah, terdapat dua area mesh, yaitu mesh yang bergerak dan mesh yang statis. Hal ini demikian karena pada kasus ini, nantinya geometri turbin yang dialiri oleh angin akan berputar. Oleh karena itu, berputarnya geometri turbin tersebut memerlukan pembagian area mesh yang berputar dan mesh yang statis atau diam. Mesh yang berputar mencangkup geometri yang berputar. Adapaun mesh yang statis mencangkup domain fluida aliran angin yang diaam. Hasil dari pergerakan turbin akibat adanya aliran angin dapat dilihat ada gambar berikut:

Distribusi tekanan pada aliran di sekitar blade juga dapat diamati melalui gambar diatas. Melalui distribusi tekanan, kita dapat melihat bahwa perbedaan tekanan diantara kedua sisi di setiap blade mengakibatkan adanya gaya yang akan memutar turbin.

11/17/2020 - Lanjutan simulasi Turbin VAWT, modifikasi massa

Kelanjuta dari latihan simulasi Turbin VAWT adalah mempelajari konsep 6DoF. Kemudian, diminta juga setiap mahasiswa untuk memvariasikan atau mengubah-ngubah parameter yang ada di dictionary Dynamic Mesh yang ada di library bernama DynamicMeshDict :

Kemudian dari beberapa parameter yang terdapat di dictionary tersebut, parameter yang dipilih untuk divariasikan adalah massa dari geometrinya seperti berikut:

11/25/2020 - Aliran External: Turbin VAWT

Pada pertemuan kali ini, kasus aliran yang akan dibahas adalah simulasi multifasa,yaitu campuran fase gas dan paritikel. Kasus yang akan dibahas adalah Cycloe separator. Bentuk geometri dari cyclone separator dapat dilihat pada gambar berikut:

Diantara fungsi utama cyclone adalah untuk memisahkan antara gas dengan partikel-partikel. Campuran gas dan partikel masuk mealu saluran inlet. Lalu, karena bentuk geometri nya yang demikian, aliran tersebut akan berputar menngikuti bentuk cyclone. Adapun partikel, yang lebih berat akan kehilangan energi karena menumbuk dinding, kemudian berputar dan mengalami gayasenrifugal akibat alirannya yang berputar. Sehingga, nantinya partikel akan jatuh ke bawah. Adapun Gas yang reatif ebih ringan akan mengair ke atas.

Simulasi dilakukandengan menggunakan software CFDSOF. Geometry cyclone dibuat menggunakan SolidWorks dan kemudian dimesh menggunakan CFDSOF. Base mesh yang digunakan adalah sebagai berikut:

Kemudian, pada daerah dinding, dilakukan surface refinement leve 1. Sehingga, Mesh yang dihasilkan adaah sebagai berikut:

Seting simulasi nya dapat dijelaskan sebagai berikut:

Model Simulasi aliran:

Mode simulasi alirannya diset sebagai berikut  : ->Simulasi aliran turbulen dengan Large Edy Simuation(LES) ->Transient -> Aliran dimodelkan incompressible -> terdapat percapa gravitasi sebesar 9.81 -> model aliran multifasa Eularian-Lagrangian

properties partikel:

->Bullk Density = 2400 kg/m3

-> void fraction = 0.6

-> particle size = 90-130 micrometer

Gas properties:

-> density = 0.363 kg/m3

-> viscosity= 7.47e-5 kg/m3

Boundary condition:

di sisi inlet:

->velocity inlet gas =7.89 m/s

-> velocity inlet partikel di injeks sebesar 0.1 m/s

-> partikel diinjeksi mulai dari detik ke 0.

-> Jumah parcel per detik = 10000

di sisi wall:

-> wall dimodelkan sebagai no-slip condition

di sisi outlet:

-> dimodelkan dengan tipe outflow, dengan nilai tekanan total sebeasr 0 Pa (atmosferic)

Simulation Time:

-> simulasi diset dengan time inrement sebesar 1e-3 sekon

-> simulasi dilakukan untuk durasi 10 detik.

Perhitungan dari simulasi cukup stabi, hal ini dapat terihat dari grafik residual yang terus mengalami penuruan sebagai berikut:

Result and Discussion

Hasil simulasi dapat ditampilkan melaui Software Opensource bernama paraview. Pertama, hasil dari aliran distribusi airan partikel dapat dilihat melalui cuplikan video berikut:

Kemudian, distribusi tekanan dan kecepatan dapat diihat pada gambar berikut: