Aliran Unsteady Transien

Depok, 24 April 2012

Suatu aliran di dalam kehidupan nyata tidak ada yang murni aliran steady state. Biasanya suatu aliran membutuhkan waktu untuk mencapai keadaan tunak (steady state). Untuk itu persamaan general transport untuk menghitung aliran transien adalah

Dari persamaan general transport di atas terlihat bahwa aspek waktu diperhitungkan dalam sebuat aliran.

Untuk mencoba bagaimana apabila aspek waktu diperhitungkan, mari kita coba studi kasus berikut :

Dari studi kasus di atas dapat kita deskripsikan bahwa pada awalnya temperatur dari batang adalah 200 oC atau 473 K. Kemudian sisi kanan dari batang di berikan temperatur 0 oC atau 273 K. Dari kasus diatas, kita ingin mengetahui penurunan temperatur pada batang seiring berjalannya waktu. Karena penurunan temperatur merupakan fungsi waktu (transien) , maka kita dapat melihat melalui simulasi CFD untuk melihat penurunan temperatur seiring berjalannya waktu.

Untuk dapat melihat fenomena di atas, maka kita akan melakukan simulasi CFD menggunakan CFDSOF. berikut adalah langkah-langkahnya.

1. Buatlah dimensi batang dengan menggunakan perintah input-atur domain. Ukuran batang adalah panjang 1 meter dan tinggi 0.1 meter

2. Kemudian atur model dengan mengaktifkan pilihan seperti di bawah, dimana terlihat bahwa perhitungan temperatur, heat fluks, dan wall konduktif serta ikatan waktu diaktifkan.

3. Atur cell sehingga cell menjadi seperti ini

Batang yang akan dilihat penurunan temperaturnya dijadikan wall 3 sementara bagian kiri dan kanan masing-masing sebagai wall 1 dan wall 2 dengan bagian atas dan bawah sebagai symetri.

4. Masukkan nilai kondisi sempadan KS untuk wall 3 temperatur 473 K dan pada wall 2 sebesar 0 K derajat serta pada wall 1 diberi heat fluks sebesar 0 J/m2.

5. Untuk melihat penurunan temperatur seiring berjalannya waktu, maka diaktifkan fungsi "tmpel". Berikut cara mengaktifkan fungsi tmpel

kemudian ketik tem untuk memasukkan temperatur 473 K pada Wall 3

Setelah kita memberikan semua input yang diinginkan, maka setelah kita iterasi akan diketahui hasilnya. Berikut adalah hasil dari simulasi

1. Hasil simulasi setelah iterasi 1 detik

2. Hasil setelah iterasi 300 detik

3. Hasil setelah iterasi 500 detik

4. Hasil simulasi setelah iterasi 1000 detik

Jika dilihat dari hasil simulasi diatas, maka terlihat bahwa perambatan panas membutuhkan waktu. Perpindahan panas yang dalam hal ini dilihat dengan penurunan temperatur batang membutuhkan waktu untuk melepaskan panas sehingga semakin bertambahnya waktu, kontur warna merah semakin berkurang ke arah kiri. Hal itu diakibatkan pada sisi kanan dijaga temperatur 0 derajat Celcius atau 273 K. Dari hasil simulasi di atas terlihat bahwa aspek waktu sangan menentukan pada suatu kasus unsteady condition, dimana sebenarnya untuk mencapai kondisi steady state ( kondisi temperatur 0 derajat Celcius atau 273 K) dibutuhkan waktu. Jadi kondisi steady state tidak dapat langsung terjadi, namun membutuhkan waktu karena perambatan panas sesungguhnya merupakan fungsi waktu.