fluid dynamics

37
 … Fluid Dynamics”

Upload: ditha-anggraeni

Post on 05-Nov-2015

11 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

o

TRANSCRIPT

  • Fluid Dynamics

  • Fluida & Besaran-besaran Fundamental

    Sifat penting Fluida (Cair dan Gas): 1. Tidak dapat melawan secara tetap stress geser 2. Mempunyai sifat kompresibilitas 3. Mempunyai kekentalan (viskositas) Sifat-sifat Khusus Zat cair 1. Mempunyai permukaan bebas 2. Bentuk tidak tetap, bergantung pada

    wadahnya 3. Volume tetap Gas 1. Tidak mempunyai permukaan bebas 2. Bentuk tidak tetap 3. Volume tidak tetap, bergantung volume

    wadahnya

    Sesuai dengan hukum Newton, untuk sistem seperti tampak pada gambar di bawah maka berlaku: F = ma = 0

  • Archimedes & King Hiero

    Gaya hidrostatis (gaya tolak air yang diam) sama dengan jumlah massa air yang didesak oleh volume benda yang tercelup ke dalamnya.

  • Archimedes The Eureka!

    Benda yang ditimbang di udara memiliki berat yang berbeda ketika ditimbang di dalam suatu cairan.

    Berat benda ketika ditimbang di cairan disebut BERAT SEMU

    wsemu = w Fh

  • Archimedes Hidrostatic Force

    Jadi, gaya hidrostatis (gaya tolak air yang diam) sama dengan jumlah massa air yang didesak oleh volume benda yang tercelup ke dalamnya

    Tanpa benda Ada benda

    Ruang/volume air yang didesak oleh volume

    benda

  • Archimedes mengapung, melayang, & tenggelam

    w =mg

    Fh = gV 'V ' = volume mobil

    dUkanandx

    dUkiridx

    Fh = cairangV 'V ' = volume benda tercelup

  • Mengapung dan melayang artinya gaya hidrostatis sama dengan gaya gravitasi sehingga benda berada dalam kesetimbangan gaya

  • Fh = cairangV 'Mengapung dan melayangFh = wcairangV ' =mgm= bendaVV = volume total bendacairangV ' = bendaVgcairanbenda

    =Hh

    H = tinggi bendah = tinggi bagian yang tercelup

    Archimedes mengapung, melayang, & tenggelam

  • Archimedes: Tenggelam!1. Kalo benda tenggelam,

    letaknya di mana?

    2. Kalo benda tenggelam, pasti diam kan? Itu menandakan apa?

    Tapi, diamnya benda itu bukan karena adanya kesetimbangan antara gaya hidrostatis dan gaya gravitasi. Diamnya benda itu karena telah menyentuh konstrain geraknya.

    Fh = cairangVV = volume benda

  • Fluida & Besaran-besaran Fundamental Tekanan & Massa Jenis

    Tekanan adalah gaya yang bekerja sejajar dengan normal bidang yang dikenainya dibagi jumlah total area kontak antara gaya dan permukaan. p = F/A

    Massa jenis adalah jumlah massa zat cair yang dikandung/terdapat pada volume tertentu. = m/V

    Sesuai dengan hukum Newton, untuk sistem seperti tampak pada gambar di bawah maka berlaku: F = ma = 0

  • p+ dp( )dA+ gdm

    pdA

    dUkiridx

    dUkanandx

  • Tekanan Hidrostatis

    dp = gdz

    dpp0

    p

    = gdz0

    h

    p p0 = g h( ) g 0( )( )p h( )= p0 + gh

    Grafiknya yang mana?

  • Alat Ukur Tekanan

    p0 = gh

    Tekanan tidak bergantung pada luas penampang atau bentuk wadah. Tekanan hanya bergantung pada ketinggian atau posisi titik di dalam cairan.

  • Alat Ukur Tekanan

    pgas = p0 + cghpgas p0( )= cgh

    Ini disebut tekanan gauge (pg) yang besarnya segitu1 N/m2 = 1 Pa 1 atm = 1,01 105 Pa 1 bar = 105 Pa 1 torr = 133,32 Pa 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg

  • Prinsip Pascal

    Pascal, an external pressure applied to an enclosed fluids is transmitted u-changed to every

    point within the fluid

  • Prinsip Pascal: menekan ke segala arah? Maksudnya?

    Jika butir-butir timah ditambahkan ke wadah maka

    tekanan eksternal yang bekerja pada liquid akan

    bertambah pula, pertambahan tekanan:

  • Streamline, drag Force, & Fuel

    Streamline: garis alir partikel-partikel udara dimana sepanjang garis tersebut kecepatan dan tekanan bernilai konstan Drag Force gaya hambat oleh udara. Sebanding dengan kecepatan benda dan luas permukaan yang dikenai benda. Drag Force dan Fuel berhubungan dengan design (terutama) alat-alat transportasi Aerodinamis

  • Pesawat TerbangBeda tekanan

    udara

    Oleh mesin pesawat

    Tarikan BumiGaya hambat

    udara

  • Aliran LaminarAliran Turbulen

    Tipe Aliran Fluida

  • Transisi Aliran Laminar ke Turbulen

    Re = DV

    Laminar ke Turbulen

  • 1 Aliran Laminar (steady flow) Kecepatan aliran fluida yang

    diukur dari satu titik acuan adalah konstan

    Kecepatan di semua bagian seragam

    Aliran teratur dan tenang

    2 Densitas/Massa Jenis Konstan Disebut: incompressible

    Fluida Ideal

    3 Viskositas diabaikan Menyatakan gesekan antar

    elemen fluida (kekentalan cairan)

    4 Tidak terjadi rotasi/pusaran Irrotational Flow

  • Fluida Ideal

    Kita hanya perlu dua persamaan yaitu: 1. 1. Persamaan Kontinuitas 2. 2. Persamaan Bernoulli

  • Kontinuitas kontinuitas adalah kalo kita punya teh 1 teko penuh, lalu kita tuang ke cangkir-cangkir kecil maka jumlah total teh dalam

    cangkir sama dengan jumlah teh di dalam teko

  • Persamaan KontinuitasV1t

    V2t

  • Persamaan Kontinuitas

    Luas penampang

    Fluid element

    Fluid element

    V = Axx = vtV = Avt

    Selama selang waktu t, element fluid e menempuh jarak sejauh x sehingga

  • Artinyaaa .

    V1t =

    A1v1tt = A1v1

    V2t =

    A2v2tt = A2v2

  • Jadi, persamaan Kontinuitas adalah .

    A2v2 = A1v1A2 A1

    Q= AvDisebut DEBITJumlah volume mengalir per detik

  • Persamaan Bernoulli

    Intinya: energi itu kekal. Hal ini juga berlaku pada fluida yang bergerak Jadi, EM1 = EM2

    EK1 + EP1 = EK2 + EP2

    p1V1 +12m1v12 +m1gy1 = p2V2 +

    12m2v22 +m2gy2

    Remember:m= V

    p1 +12v12 + gy1 = p2 +

    12v22 + gy2

  • Persamaan Bernoulli

    p1 +12v12 + gy1 = p2 +

    12v22 + gy2

  • p1 +12v12 + gy1 = p2 +

    12v22 + gy2

    Disebut Tekanan dinamis

    Disebut Tekanan statis

  • Aplikasi 1. Persamaan Kontinuitas

    1. Persamaan Bernoulli

    A1v1 = A2v2 v2 =A1v1A2

    Karena A1A2 v1v2

    p1 +12v12 + gy1 = p2 +

    12v22 + gy2

    p1 = p2 = p0y1 = h dan y2 = 0v1 = 0

    p0 +12(0)2 + gh= p0 +

    12v22 + g(0)

    gh= 12v22

    v2 = 2gh

  • Aplikasi

    Hitung debit air keran berikut: A0 = 1,2 cm2 A = 0,35 cm2

    h = 10 cm

  • Aplikasi Ini cairan ya

    ng m

    enga

    lir

    Ini cairan yang diam

    p1 +12v12 + gy1 = p2 +

    12v22 + gy2

    p1 p2 =12 v22 v12( )

    A1v1 = A2v2 v2 =A1v1A2

    p1 p2 =12v12

    A1A2

    $

    %&

    '

    ()

    2

    1$

    %

    &&

    '

    (

    ))

    Look!p1 p2 = cgh

    v1 =2cgh

    A1A2

    $

    %&

    '

    ()

    2

    1*

    +,,

    -

    .//

  • Aplikasi Karburator

    Udara masuk sehingga tekanan pada leher kecil

    Bahan bakar terdorong masuk ke ruang pembakaran

  • Aplikasi Karburator

  • 1 Tekanan udara di atas

    2 Tekanan udara di bawah Lebih kecil dibanding

    Sehingga 3

    Aplikasi Alat Penyemprot

    Udara ditekan sehingga bergerak dengan kecepatan

    tertentu

  • Aplikasi Tabung Pitot

    Venturimeter Tabung Pitot

    Titik stagnasi: cairan tidak dapat bergerak maju, mundur, atau naik.

    12v12 = p2 p1