Laminar Parallel Plate Flow - CFD Simulation

Studi kasus dan Terjemahan

Artikel 1 hasil diskusi : Hubungan Kecepatan Masuk dan Viskositas Fluida pada Aliran Pipa

Konsep mekanika fluida pada soal ini adalah dimana jika kecepatan masuk dinaikan maka, aliran pada pipa akan cenderung lebih turbulen yang mengakibatkan panjang entrance region lebih panjang. Sebaliknya, jika viskositas fluida yang dinaikan maka aliran akan cenderung lebih laminar sehingga entrance region lebih pendek. Hal ini berhubungan dengan bilangan reynold, yaitu:

Re = V.D.ρ/μ

Hal ini juga berhubungan dengan kerugian energi serta pressure drop pada aliran yang mana jika aliran lebih turbulen maka kerugian energi dan pressure drop juga semakin besar.

Aplikasinya adalah pada pemasangan pompa, kita dapat mengatur kerugian energi serta pressure drop akibat gesekan antar fluida dengan mengatur besarnya viskositas fluida maupun kecepatan masuk.

Ahmad Mohammad Fahmi (1806181836)

Artikel 2 : Pengaruh Entrance Length dan Reynold Number Terhadap Profil Kecepatan Fluida pada Aliran Laminar

Definisi

Entrance Region adalah suatu wilayah atau daerah yang berada didekat dengan tempat masuknya fluida ke pipa. Atau bagian awal dari suatu empat aliran yang masuk dari suatu sumber.

Entrance Length adalah panjang suatu aliran dari awal masuk pipa hingga mencapai kondisi dimana fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna. Le = 0.06x xRe x Diameter Pipa ini adalah rumus Le pada aliran laminar.

Fully Develeoped Flow adalah kondisi dimana profil kecepatan fluida akan menjadi tetap besarnya.

Bilangan Reynolds adalah bilangan yang tak berdimensi yang merupakan perbandingan antara inersia fluida terhadap viskositas suatu fluida.

Bilangan Reynold memiliki peran dalam menentukan entrance length. Dan pada bilangan reynold bisa disebu sebagai gaya gesek dimana semakin besar viskositas maka gesekan akan semakin besar sehingga akan menyebabkan bilangan reynold semakin kecil sehingga tendensi membentuk aliran laminar menjadi besar. Sedangkan jika kecepatan fluida semakin besar maka bilangan reynold akan semakin besar juga sehingga tendensi fluida menjadi turbulen akan semakin besar. Seperti Pada penjelasan diatas bahwa untuk mencari LE = 0.06 x Re x Diameter sehingga semakin besar Reynold number dan Diameter makan LE akan semakin menjauh dari inlet sehingga sesuai dengan definisi Length Entrance semakin jauh entrance length fluida akan semakin jauh juga untuk mencapai fully develop flow. Sehingga profil kecepatan untuk mencapai kondisi stabil pun akan semakin jauh. Berikut adalah contoh aliran profil kecepatan pada aliran laminar saat di lihat observasi ketika sebelum, saat dan setelah entrance Length.

Pada kasus A, LE = 1,5 H dilihat dari grafiknya profil kecepatan yang berada pada x < Le mengalami perubahan geometri yang sangat signifikan. Sedangkan saat x > Le profil kecepatan cenderung serupa karena aliran sudah mulai steady. Begitupun dikasus B dengan Le = 6H, Perubahan geometri profil kecepatan sebelum mencapai Le cenderung berubah dan profil setelah entrance length cenderung sama. Disini dapat dibuktikan bahwa reynold number mempengaruhi panjanganya Le.

Gandes Satria Pratama

1906435492

Artikel 3 hasil diskusi : Pengaruh Viskositas dan Kecepatan Inlet pada Entrance Length Aliran Laminer

Pada kasus ini dapat dilihat setelah dilakukan perhitungan bahwa, baik untuk kasus A dimana kecepatan inlet dipertahankan dan viskositas diubah (ada dua jenis), maupun kasus B dimana viskositas dipertahankan dan kecepatan inlet diubah (ada dua jenis), keduanya akan memberikan dua hasil entrance length yang sama dan secara tidak langsung, memberikan Reynold’s number yang sama (maksudnya, hanya akan ada dua nilai LE berbeda untuk empat kondisi ini).

Hal ini disebabkan karena, LE sebanding dengan Re. Maka perubahan yang terjadi pada Re akan menyebabkan perubahan secara proporsional pada LE. Kasus dengan Re dan LE ini juga berpengaruh terhadap velocity profile nya.

Pada bagian A, kasus pertama, dimana kecepatan inlet adalah 0.01 m/s dan viskositas dinamik = 4 x 10-5 kg/m.s memiliki profil kecepatan yang berbeda saat viskositas dinamiknya diubah menjadi 10-5 kg/m.s

Hal ini disebabkan karena pada saat kedua kondisi tersebut diberikan gaya inersia yang sama, fluida dengan viskositas dinamik yang lebih tinggi akan memberikan gaya friksi yang lebih besar, sehingga menghasilkan momentum fluida. Mengakibatkan terbentuknya kondisi fully developed dengan lebih cepat.

Mengapa? Karena, aliran fluida lebih pelan dan stabil jika dibanidngkan dengan fluida yang memiliki viskositas dinamik lebih kecil (yang akan memiliki LE lebih panjang).

Untuk bagian B, hal serupa terjadi. Yang menjadi perhatian adalah bagaimana fluida dengan viskositas dinamik yang sama namun memiliki kecepatan inlet berbeda, akan memberikan hasil yang serupa dengan kasus A (dimana kecepatan inlet sama dan viskositas dinamik berbeda).

Ini dapat dijelaskan dengan menggunakan persamaan Navier-Stokes untuk aliran dua dimensi ; Inersia = -pressure + friksi

Yang mana, gaya inersia sebanding dengan gaya friksi (dan gaya inersia sebanding dengan kecepatan).

Aplikasi untuk kasus ini akan berguna untuk membuat simulasi mengenai berapa pressure drop serta sejauh apa fluida baru akan stabil dalam beberapa kondisi tertentu.

-Elita Kabayeva, 1906435486-

Artikel 4 hasil diskusi : Pengaruh Viskositas dan Kecepatan Inlet Fluida terhadap Aliran

Viskositas berpengaruh terhadap aliran suatu fluida. Pada pipa, semakin kental viskositas pada fluida, maka entrance region lebih pendek, sehingga lebih cepat terbentuk fully developed flow. Aliran ini cenderung laminer. Begitu pula sebaliknya.

Selain itu, kecepatan inlet juga mempengaruhi aliran suatu fluida. Bila kecepatan pada inlet diperbesar, maka aliran pada pipa akan menjadi turbulen. Hal ini sesuai dengan bilangan Reynolds, yaitu perbandingan antara gaya inersia terhadap gaya viscous (Re = V.D.ρ/μ).

Aplikasi pada artikel ini adalah pemasangan drainase. Reynolds number yang diperlukan harus diminimalisir sehingga aliran menjadi hampir laminer, sehingga energi yang dikeluarkan tidak besar. Contoh lainnya adalah pada industri makanan. Makanan dialirkan melalu pipa. Pipa tersebut harus dimiringkan beberapa derajat agar makanan dapat mengalir dengan lancar. Karena makanan memiliki viskositas sertentu, aliran harus diperhitungkan agar laju tidak terhambat karena adanya luapan.

Raditya Aryaputra Adityawarman (1806181691)

Artikel 05 hasil diskusi : Hubungan tekanan dengan luas penampang secara Nusselt dan model Darcy termodifikasi

Aliran laminar melalui saluran berpori yang dibatasi oleh dua pelat paralel yang dipertahankan pada suhu konstan dan sama dipertimbangkan. Model Darcy yang dimodifikasi untuk transportasi momentum diterapkan tetapi kecepatan dalam persamaan momentum dan konduksi aksial dalam persamaan energi diabaikan. Hasilnya menunjukkan bahwa bilangan Nusselt untuk bidang yang dikembangkan penuh meningkat dengan peningkatan parameter bentuk media berpori,

г = (W^2 ɛ / K )^12 

di mana W adalah lebar saluran, ɛ adalah porositas dan K adalah permeabilitas.

Hasilnya juga menunjukkan bahwa penurunan tekanan berlebih berbanding terbalik dengan luas penampang aliran masuk.

Oleh : Hans Thiery T (1806233341)

Artikel 06 hasil diskusi : Pengaruh Jenis Aliran Terhadap Profil Kecepatan dalam Pipa

Bentuk profil kecepatan dalam pipa tergantung pada apakah aliran laminar atau turbulen, seperti halnya panjang entrance length, berkorelasi cukup baik dengan angka Reynolds. Besaran entrance length adalah sebagai berikut:

Untuk aliran dengan bilangan Reynolds yang sangat rendah, Panjang entrance length bisa menjadi sangat pendek, sedangkan pada aliran dengan bilangan Reynolds yang besar Panjang entrance length bisa sangat Panjang.

Mohammad Varian (1606907713)

Artikel 07 hasil diskusi : Entrance Region dan Fully Developed Region pada Aliran Laminer

Entrance region adalah daerah masuk pada fluida yang dimulai saat lapisan batas terbentuk hingga aliran fluida berkembang sepenuhnya. Pada entrance region lapisan batas atas dan lapisan batas bawah lama-kelamaan akan mengalami perluasan yang membuat 2 (dua) lapisan batas itu bertemu. Ketika kedua lapisan batas itu bertemu itu artinya fluida tidak lagi berada pada entrance region karena pada jarak tersebut juga fluida sudah berkembang secara penuh atau dengan kata lain fluida sudah mulai memasuki fully developed region. Jarak yang mengacu pada panjang entrance region adalah entrance length. Setelah melewati entrance region (fully developed region) kecepatan fluida cenderung tidak berubah-ubah dan lebih teratur dibandingkan dengan saat berada pada entrance region dikarenakan kecepatan selalu berubah pada setiap jarak x sehingga membutuhkan perhitungan yang lebih kompleks. Pembentukan entrance region dan fully developed region dipengaruhi oleh viskositas dan kecepatan inlet fluida. Semakin tinggi nilai viskositas fuida tersebut maka semakin cepat fully developed region terbentuk yang artinya semakin kecil entrance lengthnya dan semakin rendah nilai viskositas fluida tersebut maka semakin lambat fully developed region terbentuk yang artinya semakin besar entrance lengthnya. Untuk pengaruh kecepatan inlet, semakin besar nilai kecepatan inletnya maka semakin lambat fully developed region terbentuk yang artinya entrance lengthnya akan semakin besar dan semakin kecil nilai kecepatan inletnya maka semakin cepat fully developed region terbentuk yang artinya entrance lengthnya semakin pendek.

Ikhsanul Fikri Fakhrurrozi (1906435510)

Artikel 08 hasil diskusi: Konsep Bilangan Reynolds dan Hubungannya dengan Sifat Aliran Fluida

Pada studi kasus ini, kita diperkenalkan dengan konsep Reynolds Number, yaitu suatu unit tak berdimensi yang mengindikasikan aliran fluida tersebut laminar atau turbulen. Reynolds Number secara definisi adalah rasio antara Gaya Inersia dengan Gaya Viskos (Friction Force). Bilangan Reynolds yang berbeda-beda akan menujukan profil kecepatan fluida yang berbeda-beda pula. Apabila bilangan Reynolds tersebut rendah, maka gaya viskos lebih dominan dibanding gaya inersianya, akibatnya fluida mengalir secara halus atau laminar. Apabila bilangan Reynolds tersebut tinggi, maka gaya inersia lebih dominan dibanding gaya viskosnya, akibatnya aliran tersebut kacau dan tidak teratur atau turbulen. Bilangan Reynolds ini dapat digunakan untuk memprediksi Entrance Length (Le) dari aliran laminar fluida, pada kasus ini aliran tersebut berada pada dua pelat paralel. Entrance Length adalah daerah antara titik masuk fluida dengan titik terbentuknya profil kecepatan fluida yang seragam. Semakin tinggi Bilangan Reynolds, atau semakin cenderung turbulen aliran fluida tersebut, maka semakin lama juga terbentuknya profil kecepatan aliran fluida yang seragam. Akibatnya, Entrance Lengthnya semakin panjang.

oleh: Edward Joshua Patrianus Mendrofa (1806233354)

Artikel 9 hasil diskusi: Pengaruh Viskositas dan Kecepatan Inlet terhadap Aliran Fluida

Viskositas dapat mempengaruhi kecepatan aliran fluida. Profil kecepatan yang dihasilkan juga bisa berbeda. Jika kecepatan inlet semakin besar maka aliran akan cenderung menjadi turbulen. Tetapi jika viskositas dinaikkan maka aliran tersebut cenderung menjadi laminar. Sesuai dengan rumus bilangan reynolds (Re = V.D.ρ/μ)

Viskositas dan kecpatan inlet juga mempengaruhi entrance region. Jika kecepatan inlet tinggi maka entrance region akan semaking panjang dan fully developed flow akan lebih lama terbentuk dan sebaliknya. Semakin tinggi viskositas pada sebuah fluida, maka entance region akan semakin pendek dan fully developed flow akan lebih cepat terbentuk

Oleh: Muhammad Fairuz Daffa (1806181716)

Artikel 10 hasil diskusi: Pengaruh Reynold Number pada Suatu Aliran Laminar

Bilangan Reynold merupakan perbandingan antara inertia force dengan friction force. Apabila Re bernilai kecil (<2100) maka inertia force tidak mendominasi friction force, sehingga aliran tersebut bersifat laminar.

Ditanyakan profil kencepatan antara inlet dengan hydrodynamic entrance length, yaitu jarak yang dilalui aliran dari awal masuknya fluida hingga titik awal aliran mencapai kondisi aliran berkembang sempurna.

Dari solusi profil kecepatan yang tersedia dapat terlihat pengaruh viskositas dan kecepatan fluida terhadap pembentukan aliran berkembang sempurna. Semakin rendah nilai Re, maka semakin cepat terbentuknya aliran fluida berkembang sempurna. Hal ini menyebabkan Entrance Length yang lebih pendek.

Oleh: Virsya Pramesti Salsabila - 1806181760