Ahmad Mohammad Fahmi
Biodata Diri
Nama : Ahmad Mohammad Fahmi
NPM : 1806181836
Program studi : S1 Teknik Mesin Paralel
Pertemuan 1
Pada pertemuan pertama dilaksanakan dengan sistem pembelajaran jarak jauh (PJJ) melalui aplikasi Zoom. Kegiatan pada pertemuan pertama ini membahas tentang aliran viskos dan cara mensimulasikan analisis laminer flow menggunakan software CFDSOF.
Aliran Viskos pada Pipa
Aliran pada fluida dibagi menjadi dua macam, yaitu:
1. Aliran Invicid, merupakan aliran yang kekentalan fluidanya dianggap nol sehingga dikatakan sebagai aliran yang ideal.
2. Aliran Viscous, merupakan aliran yang dipengaruhi oleh kekentalan fluida atau dikatakan sebagai aliran yang real.
Viskositas
Viskositas menjelaskan ketahanan internal fluida untuk mengalir dan mungkin dapat dipikirkan sebagai pengukuran dari pergeseran fluida. Seluruh fluida (kecuali superfluida) memiliki ketahanan dari tekanan dan oleh karena itu disebut kental, tetapi fluida yang tidak memiliki ketahanan tekanan dan tegangan disebut fluide ideal.
Reynolds Number
Reynold number atau bilangan reynold adalah perbandingan antara gaya inersia (Vsp) terhadap gaya viskositas (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan suatu kondisi aliran tertentu. Bilangan ini digunakan untuk mengidentikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Bilangan reynold pada pipa dapat dituliskan dengan persamaan:
Re = V.D.ρ/μ
Dimana :
Re = bilangan Reynold
V = Kecepatan rata-rata fluida yanga mengalir (m/s)
D = diameter dalam pipa (m)
ρ = massa jenis fluida (kg/m³)
μ = viskositas dinamik fluida (kg/m.s)
Pada aliran laminer, bilangan reynold (Re) < 2100. Sementara untuk aliran turbulen, bilangan reynold (Re) > 4000. Aliran dengan bilangan reynold diantara aliran laminer dan turbulen disebut sebagai aliran transisi.
Analisis Laminer Flow menggunakan CFDSOF
Langkah-langkah yang dilakukan untuk melakukan analisis laminer flow dengan CFDSOF:
1. Membuka software CFDSOF dan membuat case.
2. Buat base mesh yang akan dibuat. Terdapat dua pilihan, yaitu box dan cylinder (pada pertemuan ini menggunakan box).
3. Atur dimensi box mesh sebagai tempat fluida mengalir, serta atur jumlah grading agar grid pada kotak proporsional.
4. Atur grading pada mesh properties agar menghasilkan analisis yang lebih detail pada bagian tersebut.
5. Tentukan boundary condition pada box.
6. Generate mesh.
7. Check mesh dan pada report akan tertulis ""Mesh OK".
8. Pilih Simulation Model dan klik apply model jika sudah.
9. Atur fluida properties.
10. Pindah tab ke CFD Solve, kemudian ke Run solver dan Data control. Pada bagian itu ada dua pilihan, yaitu time step dan run time. Pilih salah satu. Untuk kondisi steady-state kita pilih runtime 1000 kali, sama dengan number of iterations.
11. Klik run solver.
12. Pindah tab ke CFD-Post, lalu klik post processing with Third Party Tools untuk pindah ke aplikasi paraview.
13. Dari aplikasi tersebut kita bisa melihat penyebaran tekanan dan kecepatan fluida tersebut. Merah menunjukkan angka yang paling besar sementara biru menunjukkan angka terkecil. Pada outlet terlihat tekanan kecil karena adanya pressure drop dan kecepatan pada dekat wall tidak konstan karena entrance region. Pada aplikasi ini juga bisa melihat kurva tekanan dan kecepatan.
Pertanyaan
1. Apa yang dimaksud dengan entrance region?
Entrance region adalah wilayah atau daerah yang berada didekat dengan tempat masuknya fluida ke pipa sebelum mencapai kondisi fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna.
2. Apa yang dimaksud dengan entrance length?
Entrance length adalah panjang suatu aliran dari awal masuk pipa hingga mencapai kondisi dimana fully developed flow atau aliran yang berkembang sempurna. Bisa dikatakan juga sebagai panjang dari entrance region.
3. Apa yang dimaksud dengan fully developed flow?
Fully developed flow adalah kondisi dimana profil kecepatan fluida akan menjadi tetap besarnya.
4. Apa pengaruh viskositas terhadap pressure drop?
Pressure drop adalah penurunan tekanan yang terjadi akibat adanya gesekan pada fluida yang mengalir. Pressure drop akan semakin tinggi dan berbanding lurus dengan gesekan pada fluida. Sedangkan besarnya gesekan dipengaruhi oleh viskositas dari suatu fluida.
5. Apa rumus untuk menentukan pressure drop?
Pertemuan 2
Pada pertemuan kedua kelas mekanika fluida, kami diajarkan tentang tiga hukum dasar dalam perhitungan mekanika fluida. Ketiga hukum dasara tersebut adalah:
1. Hukum Konservasi Energi
de/dt = W + Q
2. Hukum Konservasi Massa
dm/dt = 0
3. Hukum Konservasi Momentum
m dv/dt = ∑ F
Selain itu, kami juga diajarkan tentang:
1. Entrance region => Suatu jarak dari saluran masuk hingga profil aliran tidak berubah dalam suatu aliran fluida.
2. Fully developed flow => Suatu daerah setelah melewati entrance region, dimana kecepatan aliran konstan.
3. Entrance length => Suatu area yang mengikuti jalur masuk pipa dimana efek dari dinding interior berpengaruh pada aliran sebagai boundary layer yang semakin meluas.
4. Pressure Drop => Suatu perbedaan tekanan yang terjadi dalam aliran fluida saat memasuki entrance region.
Selain diberikan materi, kami juga diajarkan juga menggunakan CFDSOF untuk mevisualisasikan contoh kasus yang diberikan serta diberi tahu tentang pengaruh jumlah mesh dan cara menggunakan kalkulator pada ParaView untuk mencari tekanan pada case yang kita buat.
Pertemuan 3
Pada pertemuan kali ini, Pak Dai menjelaskan tentang analytical solution for laminar flow, pembahasan soal, serta governing equation pada aliran fluida. Governing Equation merupakan sebuah persamaan batas yang digunakan untuk mengamati gerak laku fluida. Contoh dari Governing Equation pada fluida adalah:
δu/δt + u δu/δx + v δu/δy = -1 δp/ρδx + v δ^2p/δx^2 + νδ^2u/δy^2
Pada pertemuan ini juga diberikan hubungan atau pengaruh dari viskositas dan inersia terhadap fully developed flow dan entrance length, yaitu:
1. Semakin besar viskositas fluida, maka kondisi fully developed akan semakin cepat dan entrance lenght akan semakin pendek.
2. Semakin besar inersia, maka kondisi fully developed akan semakin lambat dan entrance length akan semakin panjang.
Diberikan soal pada Example 8.2 untuk dikerjakan dalam CFDSOF dan solusi analytic yang sudah disampaikan.
Pertemuan 4
Pada pertemuan kali ini, Pak Dai menjelaskan tentang aliran serta pengaruh Reynolds number terhadap jenis aliran fluida. Pada reynolds number yang rendah (<2100), gerakan partikel fluida akan lebih teratur dan tidak saling bergesekan satu sama lain atau biasa disebut sebagai aliran laminer. Pada reynolds number sedang (2100-4000), gerakan fluida mulai berosilasi secara teratur dengan kecepatan berubah setiap waktunya atau biasa disebut sebagai aliran transisi. Pada bilangan reynolds yang tinggi (>4000), alirannya akan bergerak secara tidak terati serta terjadi perubahan kecepatannya akan berubah secara cepat atau biasa disebut sebagai aliran turbulen.
Pada pertemuan ini Pak Dai juga membahas soal example 8.4 tentang turbulent pipe flow properties.
