analisa hydrodinamika

(3,0)

(3,0)

(-3,0) (0,0)

ANALISA CFD

DATAPada studi kasus diketahui sebuah bola dengan dimensi ukuran jari- jari sebesar 3 meter

dialirkan fluida jenis udara dengan keceptan 500 m/s, untuk kemudian dilakukan pengujian

dengan program CFD untuk menunjukkan besarnya nilai pressure yang di matchkan dengan

pembuktian distribusi tekanan yang di turunkan dari penurunan potensial dimana CP= 1-

9/4Sin^2a dengan CP= P-Po/0,5rV2 yang terjadi pada bola dengan pembagian point tiap sudut

15 derajat pada bola, Diasumsikan pengujian dilakukan didalam wind tunel , dengan Po= 1 atm

seperti di gambarkan dibawah ini:

Untuk melakukan uji komputasi dengan menggunkan Ansys CFD langakah pertama yaitu

melakukan pemodelan dengan menggunakan program Icem yang telah terintegrasi dengan

program Ansys yakni dengan membuat sebuah bola ukuran r=10 meter diletakan pada point

(0,0,0), kemudian membuat kotak sebagai boundary yang akan didefinisikan menjadi area kerja

bola yang terkena fluida, dimana boundary didefinisikan. Analisa hydrodinamika dengan variasi

sudut 0° sampai 180° menggunakan input meshing : 1; 0.5; 0.1; 0.075; 0.05: 0.035.

Ilustrasi koordinat Cartesian pada bola

HYDRODINAMIKA LANJUT

0o

30o

60o90o

120o

150o

180o

V= 500 m/sPo= 1atm

x

y

z

Inlet

Outlet

Wall-right: Free Slip

Wall-left: Free Slip

Bottom: Free Slip

Top: Free Slip

Bola: No-Slip

ANALISA CFD

Ilustrasi koordinat Cartesian pada bolaTabel pendefinisian part boundaryInlet Boundary inflo Subsonic, V= 500 m/sOutlet Boundary Outflow Refferen pressure= 1 atmTop Boundaray Top Freeslip wallBottom Boundary Bottom Freeslip wallWall R Boundary Wall Right Freeslip wallWall L Boundary Wall Left Freeslip wallBola Boundary Bola No Slip WallFluid Boundary Fluid Water (air) at 25o

Gambar posisi boundary pada model yang akan di meshing

Setelah melakukan pemodelan, langkah selanjutnya melakukan meshing pada bola dan objeck

boundery tersebut, untuk mencapai ketelitian maka dilakukan grid dependency pada meshing,

sehingga penulis melakukan meshing sebanyak 5 kali dengan jumlah meshing bervariasi

terhadap tingkat kedetailan yang dicapai.

No.

Nama Bola Unit meshing Bola Jumlah meshing

1 Bola 1 1 213462 Bola 2 0.5 326743 Bola 3 0.1 3467664 Bola 4 0.075 5941975 Bola 5 0.05 11943476 Bola 6 0.035 2399369


ANALISA CFD

Table pembagian unit dan meshing pada bolaSetelah melakukan running pada bola tersebut maka didapatkan besarnya pressure yang

diterima pada tiap bola terbut dengan velocitiy yang telah ditentukan sebelumnya sebesar 500

m/s, kemudian di plot kedalam grafik untuk dilalakukan pemilihan meshing dengan selisih nilai

pressure <5%.

Hasil output CFX solver yang didapatkan dari running CFD pada variasi input meshing :

MESHING 1 : Number of Elements = 21346

Variable Name min max

Density 9.97E+02 9.97E+02

Specific Heat Capacity at Constant Pressure 4.18E+03 4.18E+03

Dynamic Viscosity 8.90E-04 8.90E-04

Thermal Conductivity 6.07E-01 6.07E-01

Static Entropy 0.00E+00 0.00E+00

Velocity u -5.52E+00 1.96E+01

Velocity v -9.64E+00 9.23E+00

Velocity w -9.05E+00 9.67E+00

Pressure -1.46E+05 1.21E+05

Turbulence Kinetic Energy 1.69E-12 3.82E-01

Turbulence Eddy Dissipation 4.68E-10 5.47E+01

Eddy Viscosity 5.46E-13 1.13E+01

Temperature 2.98E+02 2.98E+02

Grafik Iterasi


ANALISA CFD

MESHING 0,5 : Number of Elements = 32674


Density 9.97E+02 9.97E+02





Velocity u -2.16E+00 2.16E+01

Velocity v -1.07E+01 1.08E+01

Velocity w -1.11E+01 1.04E+01

Pressure -1.61E+05 1.27E+05





Grafik Iterasi


ANALISA CFD



Density 9.97E+02 9.97E+02





Velocity u -7.45E-01 -7.45E-01

Velocity v -1.14E+01 -1.14E+01

Velocity w -1.14E+01 -1.14E+01

Pressure -1.62E+05 -1.62E+05


Turbulence Eddy Dissipation 4.68E-13 4.68E-13

Eddy Viscosity 2.52E-14 2.52E-14


Grafik Iterasi


ANALISA CFD



Density 9.97E+02 9.97E+02





Velocity u -5.55E-01 2.29E+01

Velocity v -1.14E+01 1.14E+01

Velocity w -1.14E+01 1.15E+01

Pressure -1.62E+05 1.26E+05

Turbulence Kinetic Energy 1.91E-15 1.56E+00




Grafik Iterasi


ANALISA CFD



Density 1.18E+00 1.18E+00





Velocity u -1.35E+01 7.67E+02

Velocity v -3.87E+02 3.86E+02

Velocity w -3.88E+02 3.89E+02

Pressure -2.17E+05 1.67E+05



Eddy Viscosity 3.56E-18 7.53E-02


Grafik Iterasi


ANALISA CFD



Density 9.97E+02 9.97E+02





Velocity u -2.45E-01 2.30E+01

Velocity v -1.17E+01 1.17E+01

Velocity w -1.17E+01 1.18E+01

Pressure -1.68E+05 1.26E+05






ANALISA CFD

Grafik Iterasi

GRID INDEPENDENCE (Refining the Grid)

Penentuan grid/ element yang akan digunakan dalam verifikasi (Comparative Analysis)

Grafik min Pressure vs Grid Numbers

-1.46E+05 -1.61E+05 -1.62E+05 -1.62E+05 -1.64E+05 -1.68E+05 0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

21346 32674

346766594197

1194347

2399369

Min Pressure (N)

Grid

Num

bers


ANALISA CFD

Grafik max Pressure vs Grid Numbers

1.21E+05 1.27E+05 -1.62E+05 1.26E+05 -1.64E+05 1.26E+05 0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

21346 32674

346766594197

1194347

2399369

Max Pressure (N)

Grid

Num

bers

Dari hasil grafik diatas maka untuk proses comparative analysis digunakan pada meshing

0,05 dengan grid number 1194347

VERIFIKASI (Comparative Analysis)

Hasil output dari running CFX pada meshing 0,05 dengan variasi sudut 0° sampai 180°.

Dari hasil report ini akan dilakukan perhitungan untuk nilai Cp dari CFD dan dilakukan

perbandingan dengan perhitungan Cp dari teori.

MESH REPORT

Domain Nodes Elements

Default Domain 241711 1194347

PHYSICS REPORT

Domain

Type Fluid

Location FLUID

Materials


ANALISA CFD

Water

Fluid Definition Material Library

Morphology Continuous Fluid

Settings

Buoyancy Model Non Buoyant

Domain Motion Stationary

Reference Pressure 1.0000e+00 [atm]

Heat Transfer Model Isothermal

Fluid Temperature 2.5000e+01 [C]

Turbulence Model k epsilon

Turbulent Wall Functions ScalableBoundary Physics

Domain Boundaries

Default Domain Boundary – inlet

Type INLET

Location INLET

Settings

Flow Regime Subsonic

Mass And Momentum Normal Speed

Normal Speed 5.0000e+02 [m s^-1]

Turbulence Medium Intensity and Eddy Viscosity Ratio

Boundary – outlet

Type OUTLET

Location OUTLET

Settings

Flow Regime Subsonic

Mass And Momentum Static Pressure

Relative Pressure 0.0000e+00 [Pa]

Boundary - Default Domain Default

Type WALL

Location BOLA

Settings

Mass And Momentum No Slip Wall

Wall Roughness Smooth Wall

Boundary – bottom


ANALISA CFD

Type WALL

Location BOTTOM

Settings

Mass And Momentum Free Slip Wall

Boundary – top

Type WALL

Location TOP

Settings


Boundary - wall_l

Type WALL

Location WALL_L

Settings


Boundary - wall_r

Type WALL

Location WALL_R

Settings


Boundary Flows

Location Type Mass Flow Momentum

X Y Z

Default Domain Default Boundary 0.0000e+00 -2.1354e+05 1.8261e+03 3.8022e+03

bottom Boundary 0.0000e+00 0.0000e+00 -2.8626e+06

0.0000e+00

inlet Boundary 1.9197e+05 9.6204e+07 7.2827e-05 2.0303e-04

outlet Boundary -1.9197e+05 -9.5995e+07 1.4095e+02 1.6180e+02

top Boundary 0.0000e+00 0.0000e+00 2.8607e+06 0.0000e+00

wall_l Boundary 0.0000e+00 0.0000e+00 0.0000e+00 -2.8635e+06

wall_r Boundary 0.0000e+00 0.0000e+00 0.0000e+00 2.8598e+06

Pressure dan Velocity table


ANALISA CFD

Sudut

Pressure Velocity Po

0 112739 [Pa] 3.202e+00 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

15 -408 [Pa] 3.016e+00 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

30 -11320 [Pa] 1.329e+00 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

45 -32408 [Pa] 8.500e+00 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

60 -84016 [Pa] 1.354e+01 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

75 -140923 [Pa] 1.947e+01 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

90 -96277 [Pa] 1.873e+01 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

105 -40868 [Pa] 1.679e+01 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

120 21794 [Pa] 1.679e+01 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

135 78401 [Pa] 9.870e+00 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

150 111124 [Pa] 4.845e+00 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

165 117074 [Pa] 1.705e+01 [m s^-1] 1.013e+05 [Pa]

180 117074 [Pa] 1.101e+00 [m s^-1] 101325 [Pa]

VELOCITY FIGURE

Kecepatan aliran fluida pada bola ditampilkan pada gambar dibawah ini


ANALISA CFD

Fig.1

VELOCITY CHART

PRESSURE FIGURE

Contour Pressure aliran fluida pada bola ditampilkan pada gambar dibawah ini


ANALISA CFD

Fig.2

PRESSURE CHART

Dari hasil report selanjutnya dilakukan perhitungan untuk nilai Cp dari CFD dan dilakukan perbandingan dengan perhitungan Cp dari teori.RUMUS


ANALISA CFD

Cp teori

Dimana : = sudut

Cp dari CFD

Dimana :

P = Fluid Pressure (N/m2)

Po = Atmosphere Pressure (105 N/m2)

= Water density

V = Velocity (m/s)

Dengan menggunakan Velocity dari hasil running

Sudut Pressure (Pa)

Velocity (m/s)

Po (Pa) Cp = 1 - 9/4 sin2 Cp =P - Po

1/2 V2

0 112739 3,20E+03 1,00E+05 1,00000 0,002484979

15 -408 3,02E+03 1,00E+05 0,84928 -0,022076775

30 -11320 1,33E+03 1,00E+05 0,43750 -0,126053013

45 -32408 8,50E+03 1,00E+05 -0,12500 -0,003665273

60 -84016 1,35E+04 1,00E+05 -0,68750 -0,002007466

75 -140923 1,95E+04 1,00E+05 -1,09928 -0,00127109

90 -96277 1,87E+04 1,00E+05 -1,25000 -0,001118984

105 -40868 1,68E+04 1,00E+05 -1,09928 -0,000999404

120 21794 1,68E+04 1,00E+05 -0,68750 -0,000554841

135 78401 9,87E+03 1,00E+05 -0,12500 -0,000443434

150 111124 4,85E+03 1,00E+05 0,43750 0,000947771

165 117074 1,71E+04 1,00E+05 0,84928 0,000117467

180 117074 1,10E+03 1,00E+05 1,00000 0,028170246

Dengan menggunakan Velocity permulaan (Vo)

Sudut Pressure Velocity (Vo) Po (Pa) Cp = 1 - 9/4 sin2 Cp = P - Po


Cp=1−9,4 sin2α

Cp= P−Po1/2 ρV 2

ANALISA CFD

(Pa) (m/s) 1/2 V2

0 8,35E+04 500,00 1,00E+05 1,00000 0,101912

15 -4,08E+02 500,00 1,00E+05 0,84928 -0,803264

30 -1,13E+04 500,00 1,00E+05 0,43750 -0,89056

45 -3,24E+04 500,00 1,00E+05 -0,12500 -1,059264

60 -84016 500,00 1,00E+05 -0,68750 -1,472128

75 -1,41E+05 500,00 1,00E+05 -1,09928 -1,927384

90 -9,63E+04 500,00 1,00E+05 -1,25000 -1,570216

105 -4,09E+04 500,00 1,00E+05 -1,09928 -1,126944

120 2,18E+04 500,00 1,00E+05 -0,68750 -0,625648

135 7,84E+04 500,00 1,00E+05 -0,12500 -0,172792

150 1,11E+05 500,00 1,00E+05 0,43750 0,088992

165 1,17E+05 500,00 1,00E+05 0,84928 0,136592

180 1,17E+05 500,00 1,00E+05 1,00000 0,136592

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

-2.50000

-2.00000

-1.50000

-1.00000

-0.50000

0.00000

0.50000

1.00000

1.50000

Grafik Cp

Cp teoriCp analisa CFD

Sudut

Cp

KESIMPULAN


ANALISA CFD

Hasil perhitungan CP rumus nilainya seharusnya dibawah 1,00, namun masih terdapat selisih

perbedaan harga antara kedua CP tersebut, CP running lebih kecil dari pada CP rumus. Hal ini

dimungkinkan karena pemodelan di ansys belum mencapai ketelitian yang tepat, hal ini terlihat

dari grafik grid independence meshing, namun untuk mendapatkan ketelitian lebih lanjut harus

dilakukan meshing yang lebih detail sehingga dapat menggambarkan kurva grid dependency

yang linier sehingga didapatkan meshing model dengan selisih <5% dari nilai pressure

maksimum. Perbandingan data hasil simulasi dengan data experimen menunjukkan

kemampuan CFD yang dapat mensimulasikan aliran fluida sepanjang permukaan Bola.


analisa hydrodinamika

Documents