couette flow.docx
TRANSCRIPT
-
8/19/2019 Couette flow.docx
1/17
TUGAS I
KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA
2-D Chanel flow grid dan 2-D Couee flow
NAMA ! Celfi Gu"ine Adio"
NO#$P ! %%%&'%2&(&
DOS)N ! $)NN* D+IKA L)ONANDA, MT
U.USAN T)KNIK M)SIN
FAKULTAS T)KNIK / UNI0).SITAS ANDALAS
PADANG, 2&%(
-
8/19/2019 Couette flow.docx
2/17
$A$ I
P)NDA1ULUAN
%#% LATA. $)LAKANG
Seiring dengan perkembangan teknologi mekanika fluida
berlangsung dengan pesat, maka dibutuhkan tenaga ahli di bidang
mekanika fluida, yang mana sekarang program-program mengenai fluida
sudah banyak di pakai di dunia industri, maka dari itu sebagai mahasiswa
teknik mesin harus mampu menguasai program tersebut, salah satunya
adalah fluent, yang mana fluent ini adalah teknologi komputasi yang
memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zatyang mengalir.
%#2 TUUAN
1. Mengetahui program computer fluid dynamic (C!"
#. Mengetahui $ara penggunaan gambit dan fluent
%. &isa menjalankan program gambit dan fluent
'. Mendapatkan fenomena-fenomena yang terjadi pada gambit dan fluent
%# MANFAAT
Mahasiswa bisa menjalankan program gambit dan fluent, serta mengetahui
kesalahan-kesalahan yang terjadi.
$A$ II
LANDASAN T)O.I
2#% Couee Flow
Coutte flow merupakan aliran laminar yang diakibatkan oleh dua pelat
yang dipasagkan se$ara paralel pada jarak tertentu, di mana salah satunya
bergerak, dan yang lain dibiarkan diam. Sehingga pada fluida akan
dipengaruhi oleh gaya seret, dan pada pelat akan dipengaruhi oleh gradient
-
8/19/2019 Couette flow.docx
3/17
tekanan. er$obaan ini dilakukan oleh Mauri$e Marie )lfred Couette
pada
abad ke-1*.
Ga34ar % er$obaan yang dilakukan oleh Mauri$e Marie )lfred Couette
Seperti yang telah dikatakan sebelumnya, bahwa pada Couette low
bekerja gaya seret pada fluida, di mana +iskositas dan ke$epatan aliran
akan berperan. Sedangkan, pada plat akan bekerja gradient tekanan.
!iekspresikan dengan
!i mana dp merupakan perbedaan tekanan yang diakibatkan oleh
pergerakan plat sebesar jarak x. !an d #u merupakaan fungsi dari ke$epatan
yang dikali dengan +iskositas µ. ika diintegralkan, maka akan didapatkan
ada kondisi y/0 u/, akan didapatkan C# sama dengan /
!an pada saat yh0 u
Sehingga
http://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couettehttp://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couettehttp://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couettehttp://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couette
-
8/19/2019 Couette flow.docx
4/17
ersamaan di atas juga dapat diekspresikan dalam bentuk
)tau
!i mana
ersamaan di atas medeskripsikan distribusi ke$epatan aliran yang melalui
saluran dengan P sebagai parameter gradient tekanan. 2etika P /, maka
ke$epatan aliran akan berkurang sebesar
&erikut adalah pengaruh besar gradient tekanan terhadap kontur ke$epatan
aliran fluida
-
8/19/2019 Couette flow.docx
5/17
Ga34ar 2 engaruh gradient tekanan terhadap distribusi ke$epatan pada
Couette low sederhana
2#2 CFD 5 Computational Fluid Dinamics6Computational Fluid Dynamics (C!" adalah metode
penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan +olume dengan
memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan
penghitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. rinsipnya adalah suatu
ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi
menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya
dinamakan meshing . &agian-bagian yang terbagi tersebut merupakan
sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan adalah aplikasi.
2ontrol-kontrol penghitungan ini beserta kontrol-kontrol penghitungan
lainnya merupakan pembagian ruang atau meshing .
adasetiaptitikkontrolpenghitunganakandilakukanpenghitunganolehaplika
sidenganbatasan domain danboundary condition yang telahditentukan.
rinsipinilah yang banyakdipakaipada proses
penghitungandenganmenggunakanbantuankomputasikomputer.
Sejarah C! berawalpadatahun 3/-andanterkenalpadatahun 4/-anawalnyapemakaiankonsep C!
hanyadigunakanuntukaliranfluidadanreaksikimia,
namunseiringdenganperkembangannyaindustriditahun */-an membuat
C! makindibutuhkanpadaberbagaiaplikasi lain.
Sejarah C! berawalpadatahun 3/-andanterkenalpadatahun 4/-an
awalnyapemakaiankonsep C!
hanyadigunakanuntukaliranfluidadanreaksikimia,
namunseiringdenganperkembangannyaindustriditahun */-an membuat
C! makindibutuhkanpadaberbagaiaplikasi lain.
Se$araumum proses penghitungan C! terdiriatas % bagianutama
1. Prepocessor
Merupakanbagian input suatu problem fluidakesebuah program C!
melalui interfa$e dantranformasilanjutkedalamsebuahbentuk yang
-
8/19/2019 Couette flow.docx
6/17
sesuaiuntuk sol+er. 5angkah-langkahpenggunadalamtahap pre-
pro$essing yaitu
- !efinisigeometri region analisa domain komputasional
- embuatangrid peme$ahan domain menjadibeberapa sub domain
yang lebihke$ildan non o+erlapping sebuah grid (mesh" atau
+olume atur6elemen
- emilihanfenomenafisikdankimia yang perludimodelkan
- !efinisi properties fluida
- Spesikasikankondisibatas yang sesuaipadasel-sel yang
berhimpitdenganbatas domain
Solusisebuah problem fluida (ke$epatan, tekanan, temperature dsb"
didefinisikan di setiap nodal di dalammasing-masing sel.
)kurasisebuahsolusi C! ditentukanolehjumlahseldalam grid.
Se$araumum, semakinbesarjumlahselsemakinbaikakurasisolusi.
&aikakurasisolusidanbiayahardawarekomputerserta lama
kalkulasitergantungkepadahalusnya6rapatnya grid. Mesh-mesh optimal
seringmerupakan non-uniform lebihrapatpada area di mana+ariasi-
+ariasibanyakterjadidaripoinkepoindanlebihjarangpada region
denganperubahan yang sedikit. 2emampuanteknik (self" adapti+e
meshing telahmembantupengembangan C!
gunaotomatikalpenghalusan grid untuk area dengan+ariasi yang padat.
Sekitar 7/8 waktuproyekC! di industry
ter$urahpadapendefinisiangeometri domain danpenyusunan grid.9unameningkatkanprodukti+itaspengguna $ode-$ode
utamasekarangtermasuk interfa$e jenis C)! ataufasilitas import data
daripemodelan surfa$e dan meshing seperti ):;)< dan =-!>)S.
re-prosesorhinggasaatinijugamembantukitamengakses data library
properties fluidaumumdanfasilitasmemasukkan model proses
fisikaldankimikal (model turbulen$e, perpindahankalorradiatif,
pembakaran" bersamapersamaanaliranfluidautama.
-
8/19/2019 Couette flow.docx
7/17
2. Solver
:erdapat % ma$amtekniksolusinumerik bedahingga ( finite difference",
elemenhingga ( finite element " danmetode spe$tral.
2erangkautamametodenumerikuntukdasarsebuah sol+er
terdiridarilangkah
- )proksimasi+ariabel-+ariabelaliran yang
tidakdiketahuidenganfungsi-fungsisederhana.
-
!iskretisasidengansubstitusiaproksimasikedalampersamaanaturaliran
danmanipulasimatematislanjut.
- Solusipersamaan-persamaanaljabar. erbedaanutama di
antaraketigama$amteknikadalahpada$araaproksimasi+ariabel-
+ariabelalirandan proses diskretisasi.
%. Post processor
?asilpenghitunganmodul sol+er berupanilai-nilainumerik (angka-
angka" +ariabel-+ariabeldasaraliransepertikomponen-
komponenke$epatan, tekanan, temperaturdanfraksi-fraksimasa.
!alammodul post-pro$essor nilai-nilainumerikinidiolah agar
penggunadapatdenganmudahmemba$adanmenganalisishasil-
hasilpenghitungan C!. ?asil-
hasilinidapatdisajikandalambentukgrafis-grafisataupunkontur-
konturdistribusi parameter-parameter aliranfluida. Selainitujuga, modul
post-pro$essor menghitung parameter-parameter
desainsepertikoefisiengesek, Cd, Cl, lukspanas , 9aya-gaya yangdikembangkanaliranfluida, :orsi, !ayadan lain sebagainya. Salah
satusoftware C! adalahComsolMultiphysi$s, yang
lebihdikenaldengan Finite lemnent !ethod "aboratory (>M5)&". !i
manapada software Comsolinimetode yang
digunakanadalahmetodeelemenhingga ( Finite element method ".
-
8/19/2019 Couette flow.docx
8/17
$A$ III
M)TODOLOGI
#% Pro"edur7er3odelan
embuatan program fluent
alirantaktermampatkaninimenggunakanduatahap, yaitu
• embuatangambar#! dengan9ambit
9ambar yang akandibuat
Skemaper$obaan
-
8/19/2019 Couette flow.docx
9/17
Membuatkoordinat
&uat @>dgesA
&uat a$e
-
8/19/2019 Couette flow.docx
10/17
5ink bagian edge kanandan edge kiri
:entukankondisibatas
&uat 9rid
• embuatanalirandengan luent
-
8/19/2019 Couette flow.docx
11/17
=mport grid yang telahdibuat
eriksa grid yang telahdiimport
-
8/19/2019 Couette flow.docx
12/17
!efinisikankondisibatas
:entukan ;esidual
5akukan=nisialisaisistem
-
8/19/2019 Couette flow.docx
13/17
=terasi
!isplay bentukaliran
-
8/19/2019 Couette flow.docx
14/17
lot grafik
$A$ I0
-
8/19/2019 Couette flow.docx
15/17
P)M$A1ASAN
8#% Pe34a9aangeo3eridari ga34i
!ari gambar dapat kita lihat bahwa lairan yang akan disimulasikan adalah
aliran tidak termampatkan berupa aliran laminar
8#2 Si3ula"ialirandilihadarigrafi:
!ari grafik dapat kita lihat bahwa semakin banyak kita iterasi maka nilaikontinitas semakin rendah, demikian juga dengan nilai B-elo$ity dan D-
+elo$ity semakin banyak kita mengiterasi maka nilainya semakin ke$il
juga
8# $enu:aliran
-
8/19/2019 Couette flow.docx
16/17
&entukaliran yang didapatadalahaliran laminar,
karenatidakadapenghalangpada media kerjanya, padabagianatas yang
berwarnamerahaliran$ukupken$angakibatpengaruhdari plat yang bergerak.
Sedangkanpadabagianbawah yang
berwarnabirumengalamiperlambatanakibatpengaruhdaritegangangeserdari
plat diam.
!ari grafik dapat kita lihat, semakin tinggi posisi maka nilai stream
fun$tion (ke$epatan" semakin ke$il juga.
8#8 1a"il7erhiungan
$A$ 0
-
8/19/2019 Couette flow.docx
17/17
P)NUTUP
(#% Ke"i37ulan
•SimulasiCouette low menggunakan 9ambit dan luent
berhasildilakukan
• Semakintinggiposisimakake$epatanaliransemakintinggi pula
• Semakinbanyakiterasi yang kitalakukanmakanilai $ontinuity, B-
+elo$ity, D-+elo$ity semakinke$il
• &entuksimulasialiranadalah laminar
(#2 Saran
)gar hasilsimulasi yang
dilakukanlebihbaikmakadisarankanuntukmenggunakankomputerdenganspesif
ikasi yang sesuai agar
semuakondisibataspadapemodelandapatdisesuaikandengankondisistandar.