Ales Daniel - 1706036072
Contents
Tugas Penurunan Rumus Kontinuitas dan Momentum
Video Penurunan Rumus dan Simulasi CFDSof
Quiz FVM for Diffusion
6Dof and Dynamic Mesh
Six degrees of freedom merupakan sebuah gerakan dari objek yang bisa bergerak secara tiga dimensi, terukur dari titik center of gravity-nya atau CoG. Pada simulasi menggunakan CFD, sebuah fluida yang mengalir akan bergerak secara translasi dan rotasi. Translasi terukur berdasarkan perubahan kecepatan terhadap perubahan waktu, atau secara rumus merupakan SygmaF = massa x akselerasi, dimana total gaya yang dihasilkan berdasarkan perubahan massa sebuah objek terhadap perpindahan benda yang berubah terhadap waktu. Sedangkan kalau berdasarkan rotasi, terukur dengan istilah angular velocity berdasarkan torsi terhadap momen inersia dari objek yang terukur. Rumus yang digunakan adalah SygmaMoment = Moment Inertia x Akselerasi angular.
Berdasarkan ini, simulasi yang dilakukan pada CFD Solver akan digunakan untuk Dynamic Mesh. Pada kasus fluida yang mengalir dalam sistem apapun, CFD akan melakukan perhitungan berdasarkan posisi yang berubah baik secara translasi maupun rotasi secara metode komputasi. Mesh tersebut akan berubah-ubah sesuai dengan gaya yang bekerja pada sistem tertentu. Pada topik ini, diberikan contoh simulasi berupa Vertical-Axis Wind Turbine, yang ditunjukkan dari tampak atas untuk mengetahui fenomena yang terjadi. Simulasi dilakukan dua kali dengan dua kondisi yang dimodifikasi berbeda. Kondisi yang diubah ditunjukkan berdasarkan data sebagai berikut:
1.
Control Dict
- Max Delta T : 0.01
- End Time 10
Dynamic Mesh Dict
- //g (0 9.8 0);
// :: lOD :: angularMomentum (default = (0 10 0))
2.
Control Dict
- Max Delta T : 0.01
- End Time 10
Dynamic Mesh Dict
- //g (0 9.8 0);
// :: lOD :: angularMomentum (default = (0 100 0))
//- Angular momentum of the rigid-body in local reference frame
angularMomentum (10 10 10);
Hasil yang didapatkan adalah berdasarkan gambar sebagai berikut:
1. Hasil simulasi 1
2. Hasil simulasi 2
Economizer Hopper (CFDSof Simulation)
Economizer Hopper merupakan alat untuk mengatasi permasalahan akibat fly ash yang berasal dari produk pembakaran batubara. Potensi yang mungkin terjadi adalah penumpukan fly ash pada economizer flue gas ducting, blocking abu di elemen pre-air heater, serta pengikisan pada blade dan guide vane. Dengan adanya modifikasi Hopper tersebut, abu atau fly ash yang dialirkan saat keluar dari Boiler akan tertampung pada bagian bottom ash tersebut.
Pada kasus ini, dilakukan simulasi menggunakan CFDSof dengan melakukan pembeda antara economizer dengan hopper dan tidak. Analisa yang dilakukan adalah dengan simulasi secara transient, kemudian dilakukan simulasi multifasa dengan pendekatan eulerian-langrangian, dengan fasa padatan dalam bentuk fly ash serta liquid dalam bentuk gas yang mengalir pada sistem tersebut.
Hasil dari simulasi tersebut digambarkan melalui dokumentasi yang sudah dibagi berdasarkan beberapa tinjauan sebagai berikut:
Analisa diameter partikel
1. Tanpa Hopper
2. Dengan Hopper
Melalui hasil ini, dapat disimpulkan bahwa dengan penggunaan hopper, mampu menangkap partikel fly ash pada wadah tertentu. Simulasi yang dilakukan dapat terlihat dari partikel berwarna merah yang mampu ditampung pada wadah tertentu saat melalui jalur tersebut. Partikel dengan ukuran yang lebih kecil, cenderung dapat melanjutkan sampai ke bagian outlet dari economizer hopper tersebut.
Analisa tekanan sistem
Pada hasil dari kedua simulasi tersebut, dapat terlihat bahwa tekanan pada bagian outflow semakin besar daripada bagian inlet dari sistem untuk kedua hasil uji coba. Hasil ini dikarenakan adanya perbedaan ketinggian yang terjadi sembari berjalannya fly ash kepada arah outflow tersebut. Tekanan ini diakibatkan karena adanya kecepatan di bagian inlet yang juga bisa mempengaruhi tekanan pada outlet tersebut. Tekanan ini terjadi pada sistem tersebut dan dapat mempengaruhi partikel yang bergerak melalui sistem tersebut. Pengaruh yang terjadi adalah kecepatan sistem tersebut untuk bergerak sepanjang sistem yang akan cenderung lebih cepat seiring dalam semakin besarnya tekanan pada sistem.
Analisa kecepatan sistem
Partikel tersebut akan bergerak terus menerus dan ada yang diakibatkan oleh kesetimbangan gaya (bouyancy), sehingga beberapa partikel bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Partikel dengan massa yang lebih besar akan cenderung lebih dahulu, sedangkan yang tidak akan lebih mengalami gaya apung di dalam sistem tersebut. Dapat terlihat bahwa partikel dengan massa yang lebih berat (berdasarkan diameter) lebih dahulu menyentuh hopper (pada bagian dengan ada hopper) dan terjebak di dalam hopper tersebut. Sedangkan untuk yang lebih ringan, dengan kecepatan yang lebih pelan, akan cenderung mengapung dan masih ada kemungkinan bergerak ke bagian outlet dari sistem tersebut.
Validasi dan Verifikasi
Validasi dan verifikasi menjadi salah satu langkah untuk melakukan simulasi CFD dengan secara kuantitatif mengestimasi error yang tetap serta ketidakpastian dalam simulasi numerikal. Walaupun keduanya memiliki definisi yang cukup dekat, kedua ini berdasarkan AIAA Guide (1998) menjadi dua hal yang sangat berbeda.
Validasi : Solve the right equation, berarti sebuah proses untuk memasukkan model simulasi yang tidak pasti dengan melakukan benchmarking dari data eksperimental. Apabila kondisi memenuhi, maka besaran dan tanda akan menyesuaikan error secara sendirinya dalam melakukan simulasi. Dalam prosedur ini dasarnya adalah melakukan pemastian hitungan dengan memberikan beberapa jangkauan kondisi fisik dari sistem yang didapatkan berasarkan perhitungan dan dibandingkan dengan hasil simulasi numerikal dalam beragam kondisi. Dari perbandingan terhadap kondsisi eksperimental ini, dapat terlihat seberapa jauh kesalahan yang terjadi.
Verifikasi : Solve the equation right, berarti sebuah proses untuk memasukkan simulasi numerikal yang tidak pasti dan apabila sesuai, memastikan besaran dan tanda dari error simulasi tersebut serta ketidakpastiannya. Pada bagian ini dasarnya adalah memastikan parameter yang digunakan pada saat dilakukan simulasi. Hal ini juga perlu diperhatikan besar mesh yang digunakan serta time-step yang terjadi, apakah sesuai atau tidak dalam dilakukan perhitungan tersebut.
Analisis CFD dalam Simulasi Cyclone Seperator
Validasi
Pada kasus ini, dilakukan benchmarking berdasarkan paper Numerical Analysis of Gas-Solid Behavior in a Cyclone Separator for Circulating Fluidized Bed System (DOI: 10.18869/acadpub.jafm.73.241.26951). Paper ini memberikan contoh property dari partikel solid berupa pasir dengan jangkauan diameter per partikel sekitar 100-425 µm dan kecepatan aliran pada bagian inlet sekitar 16 m/s.
Verifikasi
Pada simulasi yang dilakukan, dilakukan dengan kondisi multiphase eulerian-langrangian untuk dilakukan simulasi ini. Kondisi tersebut kemudian dilanjutkan dengan distribusi partikel uniform dengan sekitar 4000 parcel per detiknya selama dua detik. Distribusi diasumsikan uniform (dengan alasan belum memahami perbedaannya), dengan range diameter seperti yang sudah dijelaskan pada bagian validasi. Simulasi yang dilakukan belum banyak dilakukan variasi karena sering terjadi error pada saat dilakukan simulasi. Setelah dilakukan diagnosa, kesalahan yang terjadi adalah adanya adjust time step yang dicentang sehingga mengalami error dan cenderung untuk mengalami software crash pada saat dilakukan. Berikut adalah bukti error yang terjadi pada saat dilakukan simulasi:
Sinopsis Tugas Besar Aplikasi CFD
Validasi
Verifikasi
