boundary layer.docx

7/24/2019 Boundary layer.docx

1/18

LAPORAN

KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA

2-D Flat Plate Boundary Layer

NAMA : M SHALAHUDDIN KHALID

NO.BP : !!"!!"

#URUSAN T$KNIK M$SIN

FAKULTAS T$KNIK % UNI&$RSITAS ANDALAS

PADAN'( 2!)


2/18

BAB I

P$NDAHULUAN

. LATAR B$LAKAN'

Daerah lapisan batas merupakan daerah aliran yang dipengaruhi oleh

tegangan geser dari benda padat, misalnya plat datar. Sehingga pada

daerah ini akan terjadi penrunan kecepatan aliran akibat gesekan dari plat.

Namun, daerah ini sangat tipis, sehingga untuk melihat bagaimana bentuk

aliran pada daerah laisan batas ini sangat sulit tanpa adanya alat batu.

Maka untuk mempermudah melihat bagaimana bentuk aliran dari daerah

lapisan batas tersebut dalam kondisi laminar dan turbulen, dilakukanmetode komputasi. Dan hal tersebut akan dibahas dalam laporan ini.

.2 TU#UAN

1. Mengetahui cara membuat sistem plat datar menggunakan Gambit

2. Mengetahui cara pengkomputasian aliran laminar dan turbulen pada

daerah aliran lapisan batas plat datar

3. Mendapatkan kontur aliran laminar dan turbulen pada daerah aliran

lapisan batas plat datar.

.* MANFAAT

Mahasisa bisa menjalankan program gambit dan !luent, serta mengetahui

bentuk aliran yang terjadi pada daerah lapisan batas.


3/18

BAB II

LANDASAN T$ORI

2. Al+ran La,+an Bata

"liran lapisan batas merupakan aliran yang berada dalam pengaruh

tegangan geser dari benda padat yang dilalui oleh !luida. #ada aliran lapisan

batas, !luida akan mengalami penurunan kecepatan alirannya.

'a/ar $apisan batas mempengaruhi laju aliran !luida yang meleati benda padat

Dari gambar 1 dapat diketahui pengaruh tegangan geser dari benda padat

terhadap kecepatan aliran. #artikel !luida yang langsung bersentuhan dengan

benda padat akan mengalami pengaruh dari tegangan geser, sehingga

kecepatannya dapat dikatakan nol. Semakin ke atas %!ungsi kecepatan

terhadap sumbuy&, pengaruh tegangan geser terhadap kecepatan aliran akan

semakin berkurang, dan akhirnya akan hilang. Sehingga kecepatan aliran

tersebut akan sama dengan kecepatannya ketika sebelum berinteraksi dengan

benda padat.

2.2 0FD 1 Computational Fluid Dinamics

Computational Fluid Dynamics %'(D& adalah metode

penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan )olume dengan

meman!aatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan

penghitungan pada tiap*tiap elemen pembaginya. #rinsipnya adalah suatu

ruang yang berisi !luida yang akan dilakukan penghitungan dibagi


4/18

menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya

dinamakan meshing. +agian*bagian yang terbagi tersebut merupakan

sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan adalah aplikasi.

ontrol*kontrol penghitungan ini beserta kontrol*kontrol penghitungan

lainnya merupakan pembagian ruang atau meshing. #ada setiap titik

kontrol penghitungan akan dilakukan penghitungan oleh aplikasi dengan

batasan domain dan boundary condition yang telah ditentukan. #rinsip

inilah yang banyak dipakai pada proses penghitungan dengan

menggunakan bantuan komputasi komputer.

Sejarah '(D beraal pada tahun -*an dan terkenal pada tahun

/*an aalnya pemakaian konsep '(D hanya digunakan untuk aliran!luida dan reaksi kimia, namun seiring dengan perkembangannya industri

ditahun 0*an membuat '(D makin dibutuhkan pada berbagai aplikasi

lain.

Sejarah '(D beraal pada tahun -*an dan terkenal pada tahun

/*an aalnya pemakaian konsep '(D hanya digunakan untuk aliran

!luida dan reaksi kimia, namun seiring dengan perkembangannya industri

ditahun 0*an membuat '(D makin dibutuhkan pada berbagai aplikasi

lain.

Secara umum proses penghitungan '(D terdiri atas 3 bagian

utama

1. Prepocessor

Merupakan bagian input suatu problem !luida ke sebuah program '(D

melalui inter!ace dan tran!ormasi lanjut ke dalam sebuah bentuk yang

sesuai untuk sol)er. $angkah*langkah pengguna dalam tahap pre*

processing yaitu

* De!inisi geometri region analisa domain komputasional

* #embuatan grid pemecahan domain menjadi beberapa sub domain

yang lebih kecil dan non o)erlapping sebuah grid %mesh& atau

)olume aturelemen

* #emilihan !enomena !isik dan kimia yang perlu dimodelkan


5/18

* De!inisi properties !luida

* Spesikasikan kondisi batas yang sesuai pada sel*sel yang berhimpit

dengan batas domain

Solusi sebuah problem !luida %kecepatan, tekanan, temperature dsb&

dide!inisikan di setiap nodal di dalam masing*masing sel. "kurasi

sebuah solusi '(D ditentukan oleh jumlah sel dalam grid. Secara

umum, semakin besar jumlah sel semakin baik akurasi solusi. +aik

akurasi solusi dan biaya hardaare komputer serta lama kalkulasi

tergantung kepada halusnyarapatnya grid. Mesh*mesh optimal sering

merupakan non*uni!orm lebih rapat pada area di mana )ariasi*)ariasi

banyak terjadi dari poin ke poin dan lebih jarang pada region dengan

perubahan yang sedikit. emampuan teknik %sel!& adapti)e meshing

telah membantu pengembangan '(D guna otomatikal penghalusan

grid untuk area dengan )ariasi yang padat. Sekitar 4 aktu proyek

'(D di industry tercurah pada pende!inisian geometri domain dan

penyusunan grid. Guna meningkatkan produkti)itas pengguna code*

code utama sekarang termasuk inter!ace jenis '"D atau !asilitas

import data dari pemodelan sur!ace dan meshing seperti #"56"N dan

7*D8"S. #re*prosesor hingga saat ini juga membantu kita mengakses

data library properties !luida umum dan !asilitas memasukkan model

proses !isikal dan kimikal %model turbulence, perpindahan kalor

radiati!, pembakaran& bersama persamaan aliran !luida utama.

2. Solver

5erdapat 3 macam teknik solusi numerik beda hingga %finitedifference&, elemen hingga %finite element& dan metode spectral.

erangka utama metode numerik untuk dasar sebuah sol)er terdiri dari

langkah

* "proksimasi )ariabel*)ariabel aliran yang tidak diketahui dengan

!ungsi*!ungsi sederhana.

* Diskretisasi dengan substitusi aproksimasi ke dalam persamaan atur

aliran dan manipulasi matematis lanjut.


6/18

* Solusi persamaan*persamaan aljabar. #erbedaan utama di antara

ketiga macam teknik adalah pada cara aproksimasi )ariabel*)ariabel

aliran dan proses diskretisasi.

3.Post processor

9asil penghitungan modul sol)er berupa nilai*nilai numerik %angka*

angka& )ariabel*)ariabel dasar aliran seperti komponen*komponen

kecepatan, tekanan, temperatur dan !raksi*!raksi masa. Dalam modul

post*processor nilai*nilai numerik ini diolah agar pengguna dapat

dengan mudah membaca dan menganalisis hasil*hasil penghitungan

'(D. 9asil*hasil ini dapat disajikan dalam bentuk gra!is*gra!is ataupun

kontur*kontur distribusi parameter*parameter aliran !luida. Selain itu

juga, modul post*processor menghitung parameter*parameter desain

seperti koe!isien gesek, 'd, 'l, (luks panas , Gaya*gaya yang

dikembangkan aliran !luida, 5orsi, Daya dan lain sebagainya. Salah satu

so!tare '(D adalah 'omsol Multiphysics, yang lebih dikenal dengan

Finite Elemnent Method aboratory %(8M$"+&. Di mana pada

so!tare 'omsol ini metode yang digunakan adalah metode elemen

hingga %Finite element method&.


7/18

BAB III

M$TODOLO'I

*. Proedur ,erodelan

#embuatan gambar 2D dengan Gambit

#embuatan aliran laminar dengan (luent

7mport grid yang telah dibuat


8/18

#eriksa grid yang telah diimport

De!inisikan kondisi batas


9/18

5entukan 6esidual


10/18

5entukan ontrol Solusi

7terasi


11/18

Display bentuk aliran

6e!ine Grid

%lik :compute; nilai re!ine threshold 11 nilai ma


12/18

#embuatan aliran 5urbulen dengan (luent

Model aal adalah model dari aliran aliran laminar

De!ine = +oundary 'ondition = 7nlet = set = )elocity mag. > 2. ms

Sol)e = 'ontrol = Solution

Sol)e = 7nitialiBe = 7nitialiBe

Sa)e

Sol)e * 7terate * %Number o! 7teration > -&

Display = Cector = Display

Sol)e * 7terate * %Number o! 7teration > -*1&


13/18

#lot = @A #lot

+uka embali "dapt = Gradient = 'ompute %nilai re!ine threshold 11

nilai ma


14/18

BAB I&

P$MBAHASAN

). Pe/a3aan 4eoetr+ dar+ 4a/+t

Dari gambar yang dilampilkan, dapat dilihat bentuk geometris dari sistem.

).2 S+ula+ al+ran d+l+5at dar+ 4ra6+7

Dari gra!ik dapat kita lihat baha semakin banyak kita iterasi maka nilai

kontinitas semakin rendah. Namun, ketika dilakukan :"dapt; pada gradien,

maka nilai residual menjadi naik. alau pun demikian, dengan melakukan

adapt, kita dapat memperjelas bentuk aliran pada grid yang dekat dengan

plat.


15/18

).* Bentu7 al+ran

#ada aliran laminar terlihat baha persebaran aliran yang dipengaruhi oleh

tegangan geser pada plat membuat kecepatan alir menurun.


16/18

#ada aliran turbulen, terlihat aliran mengalami separasi dan turbulensi

terjadi. ?uga dapat diperhatikan baha terjadi bubling pada aliran.

).) Ha+l ,er5+tun4an

Al+ran La+nar

Al+ran Tur/ulen


17/18

BAB &

P$NUTUP

8. Ke+,ulan

Simulasi "liran laminar dan turbulen pada plat datar menggunakan

Gambit dan (luent berhasil dilakukan

#ada aliran laminar, kecepatan alir mengalami penurunan akibat

tegangan geser dari plat

#ada aliran turbulen, terdapat pengaruh energi kinetic !luida

Semakin banyak dilakukan iterasi, maka bentuk turbulensi semakin

jelas.

8.2 Saran

"gar hasil simulasi yang dilakukan lebih baik maka disarankan untuk

menggunakan komputer dengan spesi!ikasi yang sesuai agar semua kondisi

batas pada pemodelan dapat disesuaikan dengan kondisi standar.


18/18

boundary layer.docx

Documents