Elvin - 1706036381

Profile
	Nama	Elvin
	NPM	1706036381
	Jurusan	Teknik Mesin

Governing Equation

Pada suatu aliran fluida, terdapat persamaan-persamaan matematis yang mewakili hukum konservasi dari fisika aliran itu sendiri. Persamaan-persamaan tersebut adalah sebagai berikut.

• Persamaan Kontinuitas - Konservasi Massa

Persamaan ini pada dasarnya menjelaskan bahwa perubahan massa terhadap waktu pada suatu volume konstan sama dengan perbedaan perbedaan net total masuk aliran massa dan net total aliran keluar massa terhadap waktu ke volume tersebut. komponen ∂ρ/∂t menjelaskan perubahan massa jenis yang dapat terjadi yang dapat pada volume tersebut yang dapat mengubah massa fluida secara langsung. Sedangkan komponen div(ρU) menjelaskan perbedaan aliran yang dapat masuk dan keluar dari ketiga sumbu x, y, dan z pada suatu volume konstan.

• Persamaan Konservasi Momentum

Persamaan ini menjelaskan bahwa laju perubahan momentum dari suatu partikel fluida yang sama dengan net total gaya yang bekerja pada partikel fluida tersebut. Gaya-gaya yang dapat mempengaruhi partikel fluida tersebut terbagi atas 2 jenis, yaitu gaya luar dan gaya dalam. Gaya luar pada umumnya sendiri mencakupi gaya tekanan, gaya viskositas, dan gaya gravitasi dari berbagai sumber yang bekerja pada fluida. Sedangkan, gaya dalam membahas gaya sentrifugal, gaya koriolis, serta gaya elektromagnetik yang terjadi di dalam partikel fluida itu sendiri.

• Persamaan Konservasi Energi

Persamaan konservasi energi ini didapatkan dari hukum I. termodinamika yang menyatakan bahwa perubahan energi pada suatu sistem sama dengan net total kalor yang masuk ke sistem dan net total kerja dilakukan pada sistem tersebut. Hal tersebut dapat dilihat pada persamaan energi dibawah yang melibatkan komponen-komponen seperti kerja pada permukaan partikel fluida, energi dalam, energi thermal, dan sumber lain-lainnya.

• Equations of State

Keadaan suatu fluida dapat berubah-ubah tergantung dengan nilai massa jenis, tekanan, energi dalam, dan suhu yang dialaminya. equations of state ini menjelaskan hubungan antara variabel-variabel tersebut dimana suatu benda terdapat pada keseimbangan termodinamik.

Finite Volume Method

Video Penjelasan Finite Volume Method & Pengerjaan Koding

66DOF dan Dynamic Mesh

Materi hari ini memperkenalkan 6DOF dan dynamic mesh serta contoh penggunaannya dalam suatu studi kasus. Six Degree of Freedom (6DOF) merupakan jumlah total gerak yang dapat dilakukan dari suatu objek secara 3D dari titik pusat Center of Gravity-nya (CoG). beberapa gerak ini termasuk Translasi serta Rotasi pada ketiga axis X, Y, dan Z seperti pada gambar berikut.

Untuk governing equation yang digunakan pada 6DOF sendiri, terdapat 2 persamaan utama untuk gerakan translasi dan gerakan rotasi.

• Translasi : vdot = 1/m * Sigma F

dimana vdot adalah gerakan tranlasi dari CoG, m sebagai massa, dan F adalah vektor gaya oleh gravitasi.

• Rotasi : Wdbdot = L^-1 * (sigma Mb - Wb x Lwb)

L adalah tensor inersia, Mb sebagai vektor momen dari objek, dan Wb adalah vektor angular dari rigid body objek.

Kedua persamaan ini kemudian dapat digunakan untuk mengkalkulasi suatu objek yang begerak melalui aplikasi dynamic mesh. Dynamic mesh merupakan mesh yang digunakan sebagai suatu control volume yang terus bergerak untuk menyesuaikan terhadap objek yang juga bergerak. sehingga bisa mendapatkan kalkulasi untuk suatu kasus tertentu.

Contoh

Kita diberikan sebuah objek studi yaitu dynamic mesh vertical air wind turbine (VAWT) yang dapat disolve tanpa menggunakan Graphical User Interface (GUI).

dapat dilihat pada post-processing CFD diatas bahwa terdapat dynamic mesh yang mengelilingi objek VAWT yang diuji. Dengan adanya dynamic mesh ini, kita dapat mengobservasi pengaruh rotasi, orientasi airfoil pada VAWT, terhadap flow yang dihasilkan.

Simulasi Economizer w/o Hopper

Simulasi CFD Economizer dengan/tanpa Hopper

Materi pembelajaran pada tanggal 19 November 2020 difokuskan pada simulasi CFD dengan aliran multifasa. Untuk mempelajari aliran tersebut, studi kasus yang diuji merupakan economizer yang terdapat pada pembangkit listrik uap pada umumnya yang terdapat pembakaran batubara. Pembakaran batubara yang menghasilkan fly ash berpotensi berdampak buruk pada operasional dan juga kesehatan jika tidak ditindaklanjuti. Dengan demikian, 2 Konfigurasi Economizer yang dengan hopper dan tanpa hopper akan diuji untuk mengobservasi aliran yang terjadi.

• 
• 

  Economizer dengan Hopper

• 

  Economizer tanpa Hopper

Pre-Processing

Masing-masing konfigurasi simulasi dengan/tanpa hopper dilakukan dengan pertama mengimpor geometri untuk masing-masing hopper. Geometri yang diimpor kemudian akan diberikan setelan surface refinement pada bagian hopper agar mesh dapat lebih dioptimalkan. Base mesh kemudian akan dibuat untuk memberi boundary pada geometri yang akan diuji dan juga menentukan aliran internal yang terjadi. Setelah Base mesh dibuat dan dihasilkan, meshing tersebut akan diperiksa terlebih dahulu kualitasnya. Setelah output mesh yang didapatkan sudah bagus, dilanjutkan pada penyetelan model simulasi.

• 

  Pembuatan Base Mesh

• 

  Hasil Meshing

• 

  Mesh Check

Model Simulasi disetel menjadi transient, incompressible, subsonic, turbulence large eddy simulation, dan multiphase lagrangian. Konfigurasi pada sifat fluida, turbulence serta sifat, injeksi, dan model partikel diskrit disetel pada bagian yang berkaitan sesuai dengan studi kasus. kemudian, boundary untuk masing-masing inlet dan outlet disesuaikan dengan geometri yang diuji.

Solving

Pada bagian ini, waktu simulasi dijalankan dari 0 hingga 10 detik dengan ΔT 0.05s dan data write interval (simulation time) 0.2 detik. Setelah sesuai, simulasi tersebut akan dijalankan.

Post-Processing

Post-processing dijalankan untuk melihat hasil solving simulasi yang sudah dibuat. Pertama-tama, opacity geometri direndahkan terlebih dahulu untuk dapat melihat aliran yang terjadi didalam.

Dapat dilihat bahwa video berikut bahwa partikel-partikel dengan diameter yang besar tersaring oleh hopper tersebut, sehingga hanya partikel kecil yang dapat keluar ke outlet. Sedangkan pada konfigurasi tanpa hopper menunjukkan bahwa partikel dengan diameter yang besar dapat langsung melalui economizer.

Verifikasi dan Validasi

Pada suatu simulasi CFD, diperlukan suatu kredibilitas ataupun hasil yang akurat dari program CFD itu sendiri agar solusi yang didapatkan dari suatu solving simulasi dapat digunakan/diaplikasikan dalam studi lanjut. Berdasarkan defnisi yang diberikan oleh AIAA,

• Verifikasi

Proses yang menentukan bahwa model yang digunakan secara akurat mewakili deskripsi dari model secara konseptual dan hasil solusi pada model tersebut [1], atau lebih singkatnya dideskripsikan dengan menyelesaikan persamaan yang digunakan pada kasus tersebut secara tepat melalui proses yang ditetapkan.

• Validasi

Proses yang menentukan bahwa suatu model merupakan perwakilan akurat dari dunia nyata dari perspektif penggunaan seharusnya model tersebut [2]. atau juga dinyatakan sebagai menggunakan persamaan-persamaan (model) yang sesuai untuk kasus tersebut.

Simulasi Cyclone Seperator

Aliran multifasa Gas-Solid pada cyclone seperator