Aliran Fluida Diantara 2 Plat Sejajar

Depok, 28 Maret 2012

Ketika suatu fluida mengalir pada sebuah pipa, maka dianggap bahwa fluida mengalir pada dua plat sejajar. Kita dapat melihat bagaimana fenomena kecepatan fluida tersebut ketika mengalir diantara dua plat sejajar tersebut. Distribusi kecepatan aliran fluida ternyata tidaklah sama. Untuk melihat fenomena aliran fluida tersebut,maka berikut akan dilakukan simulasi CFD pada kasus berikut :

Dari gambar di atas, terdapat dua plat yang sejajar dengan jarak H=0,2 m  dan dengan panjang L=1m, lalu dialirkan udara (laminar) dengan densitas r=1,2 kg/m³.

Terdapat 2 Kasus yang terdapat dalam contoh ini

Yaitu dengan mengganti salah satu parameter

1.       Mengganti viskositas m=4x10^-5 kg/m.s dan m= 10^-5 kg/m.s dengan menetapkan kecepatan inlet u_inlet=0,01m/s

2.       Mengganti kecepatan inlet u_inlet=0,01m/s dan u_inlet=0,04m/s dengan menetapkan viskositas m=4x10^-5 kg/m.s

Marilah kita buat langkah-langkah untuk membuat simulasi CFD

Ukuran Cell  50 x 10

Kasus 1 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s

1.       Kita buat atur domain untuk membuat ukuran, yaitu panjang  1 m dan tinggi 0.2 m. Terlebih dahulu dibuatkan cell dengan ukuran yang agak renggang yaitu 50 cell untuk panjang dan 10 cell untuk tinggi. Adapun pengaturan cell dapat diatur pada jumlah cell. Setelah itu kita atus sempadan di mana sisi paling kiri dijadikan inlet, sisi kanan dijadikan outlet, sisi atas-bawah dijadikan wall dan bagian tengan dijadikan live. Hasilnya adalah sebagai berikut :

2.       Atur kf dengan memasukkan densitas 1.2  kg/m³ dan viskositas 4 x 10^-5 kg/m.s dan kecepatan u sebesar 0.01 m/s . Setelah itu atur ks untuk memasukkan nilai kecepatan u  = 0.01 m/s

3.       Kemudian lakukan iterasi dan tampilkan hasilnya sebagai berikut :

Kasus 1 dengan m=1x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s

Untuk memulai kasus 1 dengan perubahan nilai viskositas menjadi 1x10^-5 kg/m.s maka kita tinggal ketik kf dan pada viskositas ubah viskositas menjadi 1x10^-5 kg/m.s. Kemudian lakukan iterasi kembali dan tampilkan hasilnya sebagai berikut :

Kasus 2 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s hasilnya sama dengan Kasus 1 dengan  viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s

Kasus 2 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,04m/s

Untuk memulai kasus 2 dengan perubahan nilai viskositas menjadi 4x10^-5 kg/m.s dan kecepatan u  = 0.01 m/s maka kita tinggal ketik kf dan pada viskositas ubah viskositas menjadi 4x10^-5 kg/m.s lalu pada ks ubah kecepatan u menjadi 0.04 m/s . Kemudian lakukan iterasi kembali dan tampilkan hasilnya sebagai berikut :

Ukuran Cell 200 x 20

 Kasus 1 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s

Setelah melakukan simulasi dengan ukuran cell 50 x 10, maka selanjutkan akan dilakukan pemadatan cell menjadi 200 x 20 cell. Hal ini dilakukan agar hasil simulasi semakin bagus karena grid menjadi lebih rapat. Adapun langkah-langkah sama seperti langkah sebelumnya hanya saja jumlah cell diubah menjadi panjang 200 cell dan tinggi 20 cell.

2.       Atur kf dengan memasukkan densitas 1.2  kg/m³ dan viskositas 4 x 10^-5 kg/m.s dan kecepatan u sebesar 0.01 m/s . Setelah itu atur ks untuk memasukkan nilai kecepatan u  = 0.01 m/s

3.       Kemudian lakukan iterasi dan tampilkan hasilnya sebagai berikut :

Kasus 1 dengan m=1x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s

Untuk memulai kasus 1 dengan perubahan nilai viskositas menjadi 1x10^-5 kg/m.s maka kita tinggal ketik kf dan pada viskositas ubah viskositas menjadi 1x10^-5 kg/m.s. Kemudian lakukan iterasi kembali dan tampilkan hasilnya sebagai berikut :

  

Kasus 2 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s hasilnya sama dengan Kasus 1 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,01m/s

Kasus 2 dengan viskositas 4x10^-5 kg/m.s dan inlet u_inlet=0,04m/s

Untuk memulai kasus 2 dengan perubahan nilai viskositas menjadi 4x10^-5 kg/m.s dan kecepatan u  = 0.01 m/s maka kita tinggal ketik kf dan pada viskositas ubah viskositas menjadi 4x10^-5 kg/m.s lalu pada ks ubah kecepatan u menjadi 0.04 m/s . Kemudian lakukan iterasi kembali dan tampilkan hasilnya sebagai barikut :

Apabila dilihat maka hasilnya adalah sebagai berikut :

 Data di atas dapat dijelaskan menggunakan pendekatan Reynold Number yaitu :

Apabila kita analisa dapat kita lihat bahwa ketika kecepatan konstan dan viskositas bervariasi, maka semakin besar viskositas, maka dari rumus Reynold Number terlihat bahwa nilai Reynold Number semakin kecil seiring dengan bertambahnya viskositas, hal itu menyebabkan aliran semakin laminar. Semakin laminar maka akiran semakin tenang sehingga lebih cepat membentuk Fully Develped Region . Hal itu dapat dilihat dengan semakin pendeknya zona dari Entrance Region . Hal sebaliknya ketika viskositas semakin rendah, maka Reynold Number semakin besar, akibatnya aliran semakin turbulen dan aliran semakin acak akibatnya aliran semakin lama untuk mencapai Fully Develped Region . Hal itu dapat dilihat dengan semakin panjangnya  zona dari Entrance Region .

Ketika  Viskositas konstan, maka semakin besar kecepatan, maka Reynold Number semakin besar, akibatnya aliran semakin turbulen dan aliran semakin acak akibatnya aliran semakin lama untuk mencapai Fully Develped Region . Hal itu dapat dilihat dengan semakin panjangnya  zona dari Entrance Region . Hal sebaliknya ketika kecepatan semakin kecil, maka semakin besar viskositas, maka dari rumus Reynold Number terlihat bahwa nilai Reynold Number semakin kecil seiring dengan bertambahnya viskositas, hal itu menyebabkan aliran semakin laminar. Semakin laminar maka akiran semakin tenang sehingga lebih cepat membentuk Fully Develped Region . Hal itu dapat dilihat dengan semakin pendeknya zona dari Entrance Region .

Adapun perbedaan dari jumlah cell mempengaruhi kerapatan dari kontur, semakin sedikit jumlah cell maka kontur semakin renggang. Sebaliknya ketika jumlah cell diperbanyak maka kontur semakin rapat sehingga gambar semakin jelas. Semakin jelas gambar kontur, maka fenomena fisika dari aliran lebih mudah untuk diamati dan dianalisa.