Difference between revisions of "Tutorial CFDSOF-NG: Aliran Diantara 2 Pelat Sejajar"

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search
Line 39: Line 39:
 
Pada bagian ini akan dibuat model simulasi CFD yang terdiri atas pembuatan domain fluida, mesh, memasukkan kondisi batas dan kondisi awal. Sebelum itu, hal penting yang harus diketauhi adalah pemahaman mengenai masalah yang akan diselesaikan. Pemahaman yang didapat dari deskripsi masalah adalah sebagai berikut:
 
Pada bagian ini akan dibuat model simulasi CFD yang terdiri atas pembuatan domain fluida, mesh, memasukkan kondisi batas dan kondisi awal. Sebelum itu, hal penting yang harus diketauhi adalah pemahaman mengenai masalah yang akan diselesaikan. Pemahaman yang didapat dari deskripsi masalah adalah sebagai berikut:
 
  1. Simulasi diasumsikan ''steady state'' dan dalam 2 Dimensi.
 
  1. Simulasi diasumsikan ''steady state'' dan dalam 2 Dimensi.
  2. Aliran udara adalah laminar.
+
  2. Aliran udara adalah laminar. Udara diasumsikan ''incompressible''.
 
  3. Pembatas ''channel'' berupa ''wall''/tembok. Secara fisik, hal ini mengakibatkan kecepatan aliran udara di tembok adalah 0 m/s dan bertambah secara gradual seiring menjauhi tembok. Hal ini adalah efek dari ''No Slip Condition''.
 
  3. Pembatas ''channel'' berupa ''wall''/tembok. Secara fisik, hal ini mengakibatkan kecepatan aliran udara di tembok adalah 0 m/s dan bertambah secara gradual seiring menjauhi tembok. Hal ini adalah efek dari ''No Slip Condition''.
 
  4. Bentuk ''channel'' adalah simetri terhadap sumbu y. Dengan hal ini, domain komputasi dapat diperkecil akibat geometri yang simetri ini.
 
  4. Bentuk ''channel'' adalah simetri terhadap sumbu y. Dengan hal ini, domain komputasi dapat diperkecil akibat geometri yang simetri ini.
 +
5. Gaya gravitasi diabaikan.
 +
6. Analisis energi (thermal) diabaikan.
  
 
{| class="wikitable" style="width: 80%; margin: auto;"
 
{| class="wikitable" style="width: 80%; margin: auto;"
Line 95: Line 97:
 
*''Mesh OK'' muncul pada display, artinya mesh telah memenuhi kualitas yang dibutuhkan dan siap untuk digunakan.
 
*''Mesh OK'' muncul pada display, artinya mesh telah memenuhi kualitas yang dibutuhkan dan siap untuk digunakan.
 
|-
 
|-
|5. ''Generate Mesh''
+
|6. Mengatur Model Simulasi
|<center>[[file:Aliran antara 2 pelat sejajar - 7.PNG|800px]]</center><br>
+
|<center>[[file:Aliran antara 2 pelat sejajar - 9.PNG|800px]]</center>
<center>[[file:Aliran antara 2 pelat sejajar - 8.PNG|800px]]</center>
+
|
 +
Atur model simulasi yang benar agar solusi dapat merepresentasikan kondisi fisis yang sebenarnya. Berikut adalah langkah-langkahnya:
 +
*Klik kolom ''Simulation Model''
 +
*Pilih aturan berikut:
 +
Time: Steady-state
 +
Flow Compressibility: incompressible
 +
Flow Regime: subsonic
 +
Turbulence: laminar
 +
Multi-phase: off
 +
Body Forces: (0.0, 0.0, 0.0)
 +
|-
 +
|7. Input Properti Material, Boundary Conditions, dan Initial Conditions
 +
|<center>[[file:Aliran antara 2 pelat sejajar - 10.PNG|800px]]</center><br>
 +
<center>[[file:Aliran antara 2 pelat sejajar - 11.PNG|800px]]</center><br>
 +
<center>[[file:Aliran antara 2 pelat sejajar - 12.PNG|800px]]</center>
 
|
 
|
'''Generate Base Mesh'''
+
'''Properti Material'''<br>
*klik tombol ''Generate Base Mesh''.
+
Properti material yang dimaksud adalah properti fluida udara. Untuk simulasi ini, hanya persamaan kekekalan massa dan momentum yang harus diselesaikan. Maka properti fluida yang harus dimasukkan hanya massa jenis dan ''dynamic viscosity''. Berikut cara memasukkan properti material fluida udara:
*Akan muncul terminal setelah anda klik tombol tersebut. Terminal tersebut akan menuliskan log pembuatan mesh. Apabila mesh telah rampung dibuat, maka akan ada notifikasi pada bagian kanan status bar dan tampilan grafis dari domain komputasi berubah.
+
* Klik kolom ''Materials''
 +
* Isi data berikut
 +
Material Name: Udara
 +
Density: 1.2
 +
Dynamic Viscosity: 1e-5
 
<br><br>
 
<br><br>
'''Check Mesh'''<br>
+
'''Boundary Conditions'''<br>
Sebelum memulai simulasi, pastikan mesh yang telah dibuat telah memenuhi kualitas mesh dari CFDSOF-NG. Berikut adalah langkah-langkahnya:
+
Selanjutnya, masukkan kondisi batas yang ada pada setiap ''boundary faces''. Berikut adalah langkah-langkahnya:
*Klik kolom ''Check Mesh''
+
* Klik kolom ''Boundary Conditions''. Pada kolom ini akan terlihat ''Face properties'' yang berisi ''boundary faces'' dan ''Transport variables boundaries'' yang terdiri dari 2 variabel utama, Tekanan dan Kecepatan. 2 Variabel ini yang akan dimasukkan ke dalam tiap ''boundary faces''.
*Klik tombol ''Check Mesh''
+
* Masukkan data berikut:
*''Mesh OK'' muncul pada display, artinya mesh telah memenuhi kualitas yang dibutuhkan dan siap untuk digunakan.
+
Face Name: Inlet1
 
+
Face Type: patch
 
+
Velocity
 +
Type: fixed value
 +
Value: (0.01, 0.00, 0.00)
 +
Pressure
 +
Type: zero gradient
 +
 +
Face Name: Outlet1
 +
Face Type: patch
 +
Velocity
 +
Type: zero gradient
 +
Pressure
 +
Type: fixed value
 +
Value: 0
 +
 
|}
 
|}

Revision as of 19:39, 7 February 2019

Deskripsi Masalah

Aliran diantara 2 pelat sejajar biasa disebut dengan channel flow. Diberikan kasus CFD 2D pada aliran laminar pada sebuah channel flow untuk dicari kondisi fisik aliran tersebut. Berikut adalah dimensi dari channel flow:

  • Tinggi, H = 0,1 m
  • Panjang, L = 1 m

Menggunakan simulasi CFD, carilah perkembangan profil kecepatan aliran yang terjadi di dalam channel untuk kondisi fluida dan aliran berikut:

  • Massa jenis udara = 1.2 kg/m3
  • Dynamic viscosity = 1e-5 kg/ms
  • Kecepatan inlet = 0.01 m/s

Aliran antara 2 pelat sejajar-1.PNG

Langkah Penyelesaian

Berikut adalah langkah-langkah yang dilakukan untuk menyelesaikan masalah aliran di atas menggunakan aplikasi CFDSOF-NG.

Membuat Direktori Kerja

CFDSOF-NG menyimpan semua hasil kerja dan perhitungan dalam satu direktori/folder. Sebelum mulai menyelesaikan kasus CFD dengan CFDSOF-NG, silahkan membuat direktori/folder kerja terlebih dulu.

Langkah Tampilan Uraian dan Catatan
1. Membuka program CFDSOF-NG
800px
  • Klik ganda ikon CFDSOF-NG pada layar desktop.
  • Selanjutnya akan muncul halaman utama CFDSOF-NG seperti tampilan di samping.
2. Membuat case baru
Aliran antara 2 pelat sejajar - 3.PNG
  1. Klik File > New Case atau klik New Case
  2. Buat direktori/folder baru dengan nama ChannelFlow, klik Select Folder
  3. Apabila benar, maka dipojok kanan bawah dari aplikasi CFDSOF-NG akan menunjukan status direktori case yang aktif.


Pre-Processing: Membuat Model CFD

Pada bagian ini akan dibuat model simulasi CFD yang terdiri atas pembuatan domain fluida, mesh, memasukkan kondisi batas dan kondisi awal. Sebelum itu, hal penting yang harus diketauhi adalah pemahaman mengenai masalah yang akan diselesaikan. Pemahaman yang didapat dari deskripsi masalah adalah sebagai berikut:

1. Simulasi diasumsikan steady state dan dalam 2 Dimensi.
2. Aliran udara adalah laminar. Udara diasumsikan incompressible.
3. Pembatas channel berupa wall/tembok. Secara fisik, hal ini mengakibatkan kecepatan aliran udara di tembok adalah 0 m/s dan bertambah secara gradual seiring menjauhi tembok. Hal ini adalah efek dari No Slip Condition.
4. Bentuk channel adalah simetri terhadap sumbu y. Dengan hal ini, domain komputasi dapat diperkecil akibat geometri yang simetri ini.
5. Gaya gravitasi diabaikan.
6. Analisis energi (thermal) diabaikan.
Langkah Tampilan Uraian dan Catatan
3. Membentuk domain komputasi dan mengatur mesh
Tampilan pengaturan pembuatan domain komputasi

Tampilan pengaturan pembuatan mesh pada domain komputasi

Domain Komputasi
Akibat kondisi simetri, kita hanya perlu membuat setengah dari domain fluida yang ingin disimulasikan. Disini kita akan membuat domain dari titik tengah hingga dinding atas (y = 0 m hingga y = 0.05 m). Membentuk domain komputasi, dilakukan dengan cara:

  1. Klik Base Mesh
  2. Selanjutnya, pada tab Box Mesh, masukkan nilai
    Min. Coordinates = (0.0, 0.0, 0.00)
    Max. Coordinates = (1.0, 0.05, 0.01)
  3. Tekan Enter untuk melihat bentuk domain komputasi.

Perlu diketahui, domain komputasi pada deskripsi masalah adalah dalam 2D, namun disini kita membuat domain komputasi dalam 3D karena CFDSOF-NG tidak dapat menyelesaikan masalah fluida dalam 2D. Hal ini bukan masalah besar. Pada langkah selanjutnnya akan ditunjukan bagaimana menghilangkan efek 3D pada simulasi ini.

Mesh
Pembuatan mesh dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi no slip. Untuk mengakomodir semua variasi kecepatan terhadap sumbu y, maka mesh di sekitar tembok perlu dirapatkan. Selanjutnya, mengatur bentuk mesh dilakukan dengan cara sebagai berikut:

  1. Ubah division pada sumbu x, y, dan z menjadi 30, 15, dan 1. Artinya domain komputasi sepanjang sumbu-x akan dibagi menjadi 30 bagian, sepanjang sumbu-y menjadi 15 bagian, dan sepanjang sumbu-z hanya 1 bagian.
  2. Ubah grading pada sumbu y menjadi 0.05. Hal ini akan membuat ukuran mesh berubah secara gradual dari sumbu-y maksimum menuju sumbu simetri. Grading ini adalah perbandingan ukuran mesh pada ujung sumbu-y maksimum dengan sumbu simetri.
  3. Tekan enter untuk melihat hasil.


Tambahan
Anda dapat memperbesar tampilan grafis menggunakan scroll pada mouse anda.

4. Mengatur Box Mesh Boundaries pada domain komputasi
Aliran antara 2 pelat sejajar - 6.PNG

Setiap permukaan yang ada pada domain komputasi akan didefinisikan tipe boundary-nya. Berikut data-data yang harus diisi pada Box Mesh Boundaries:
format: [boundary face > boundary name > boundary patch > boundary id]

  • x- face > inlet > patch > 1
  • x+ face > outlet > patch > 1
  • y- face > symmetry > symmetry > 1
  • y+ face > wall > wall > 1
  • z- face > boundary > empty > 1
  • z+ face > boundary > empty > 2
5. Generate Mesh
Aliran antara 2 pelat sejajar - 7.PNG

Aliran antara 2 pelat sejajar - 8.PNG

Generate Base Mesh

  • klik tombol Generate Base Mesh.
  • Akan muncul terminal setelah anda klik tombol tersebut. Terminal tersebut akan menuliskan log pembuatan mesh. Apabila mesh telah rampung dibuat, maka akan ada notifikasi pada bagian kanan status bar dan tampilan grafis dari domain komputasi berubah.



Check Mesh
Sebelum memulai simulasi, pastikan mesh yang telah dibuat telah memenuhi kualitas mesh dari CFDSOF-NG. Berikut adalah langkah-langkahnya:

  • Klik kolom Check Mesh
  • Klik tombol Check Mesh
  • Mesh OK muncul pada display, artinya mesh telah memenuhi kualitas yang dibutuhkan dan siap untuk digunakan.
6. Mengatur Model Simulasi
Aliran antara 2 pelat sejajar - 9.PNG

Atur model simulasi yang benar agar solusi dapat merepresentasikan kondisi fisis yang sebenarnya. Berikut adalah langkah-langkahnya:

  • Klik kolom Simulation Model
  • Pilih aturan berikut:
Time: Steady-state
Flow Compressibility: incompressible
Flow Regime: subsonic
Turbulence: laminar
Multi-phase: off
Body Forces: (0.0, 0.0, 0.0)
7. Input Properti Material, Boundary Conditions, dan Initial Conditions
Aliran antara 2 pelat sejajar - 10.PNG

Aliran antara 2 pelat sejajar - 11.PNG

Aliran antara 2 pelat sejajar - 12.PNG

Properti Material
Properti material yang dimaksud adalah properti fluida udara. Untuk simulasi ini, hanya persamaan kekekalan massa dan momentum yang harus diselesaikan. Maka properti fluida yang harus dimasukkan hanya massa jenis dan dynamic viscosity. Berikut cara memasukkan properti material fluida udara:

  • Klik kolom Materials
  • Isi data berikut
Material Name: Udara
Density: 1.2
Dynamic Viscosity: 1e-5



Boundary Conditions
Selanjutnya, masukkan kondisi batas yang ada pada setiap boundary faces. Berikut adalah langkah-langkahnya:

  • Klik kolom Boundary Conditions. Pada kolom ini akan terlihat Face properties yang berisi boundary faces dan Transport variables boundaries yang terdiri dari 2 variabel utama, Tekanan dan Kecepatan. 2 Variabel ini yang akan dimasukkan ke dalam tiap boundary faces.
  • Masukkan data berikut:
Face Name: Inlet1
Face Type: patch
Velocity
Type: fixed value
Value: (0.01, 0.00, 0.00)
Pressure
Type: zero gradient

Face Name: Outlet1
Face Type: patch
Velocity
Type: zero gradient
Pressure
Type: fixed value
Value: 0