Simulasi aliran di antara 2 plat datar

Persoalan :

Terdapat dua buah plat datar yang tersusun parallel  dengan panjang L = 1m dan lebar H = 0.1m. Di antara kedua plat tersebut di alirkan fluida (incompressible - laminar) dengan densitas ρ = 1.2 kg/m³.

Untuk memahami konservasi momentum secara fisik, disini kita akan melakukan simulasi CFD yang akan memberikan gambaran bagaimana bentuk dari profil kecepatan di antara titik masuk dan daerah aliran berkembang (hydrodynamic entry length, LE) pada beberapa kondisi :

§  kondisi 1 :

kecepatan inlet, u_in2 = 0.01 m/s dan viskositas dinamik, μ₁ = 4 x 10^-5 kg/m.s

§  kondisi 2 :

kecepatan inlet, u_in2 = 0.01 m/s dan viskositas dinamik, μ₂ = 10^-5 kg/m.s

§  kondisi 3 :

viskositas dinamik, μ₃ = 4 x 10^-5 kg/m.s dan kecepatan inlet, u_in3 = 0.04 m/s

Penyelesaian :

Secara umum, hydrodynamic entry region merupakan daerah di dalam medan aliran di antara titik aliran masuk menuju ke titik dimana aliran pada kedua lapisan batas (boundary layer) bertemu satu sama lain pada satu sumbu aliran (centerline). Panjang daerah tersebut sering diistilahkan dengan hydrodynamic entry length (LE). Sepanjang daerah ini merupakan daerah aliran berkembang (developing flow) karena profile kecepatan aliran masih mengalami perubahan/perkembangan. Setelah melewati daerah aliran berkembang, profil kecepatan sudah tidak mengalami perubahan lagi, sehingga selanjutnya merupakan daerah berkembang penuh (fully developed region).

Selanjutnya, kita akan coba mensimulasikan kasus di atas dengan menggunakan CFDSOF untuk memperlihatkan profil kecepatan pada setiap titik yang berbeda x/H dari daerah inlet untuk beberapa variasi kondisi yang diberikan (kecepatan inlet u_in dan viskositas dinamik μ)

  

Berikut adalah langkah-langkah penyelesaian menggunakan CFDSOF :

1.      atur domain

membangun domain dengan panjang L=1m dan tinggi H=0.1m. Jumlah cell untuk arah-I sebanyak 100 cell, pada arah-J sebanyak 30 cell.

2.      atur cell

cell diatur sedemikian sehingga domain memiliki daerah inlet dan daerah outlet. Daerah inlet dibuat pada I=1 sepanjang J=2 sampai J=29. Sedangkan, daerah outlet dibuat pada daerah I=100 sepanjang J=2 sampai J=29. Seperti gambar di bawah

3.      kondisi sempadan

atur sempadan untuk inlet 1 dengan memberikan kecepatan 0.01 m/s.

4.      konstanta fisikal

disini kita akan menentukan konstanta fisikal untuk kondisi 1 dimana densitas ρ = 1.2 kg/m³ dan viskositas dinamik, μ₁ = 4 x 10^-5 kg/m.s

5.      iterasi

melakukan iterasi hingga tercapai konvergensi

Setelah melakukan iterasi untuk kondisi 1, selanjutnya kita menampilkan hasil dan mem-plot grafik profil kecepatan pada posisi yang kita inginkan. Selanjutnya, mengganti konstanta fisikal sesuai dengan kondisi yang diinginkan dan kembali melakukan iterasi serta menampilka hasil nya. Hal ini dilakukan sampai semua kondisi yang kita inginkan terpenuhi. Berikut adalah hasil untuk ketiga kondisi yang kita tentukan :

6.      lihat hasil

berikut adalah hasil yang didapat untuk ketiga kondisi yang berbeda.

kondisi 1:

kontur kecepatan sepanjang arah-I

grafik profil kecepatan pada posisi I=5

kondisi 2:

kontur kecepatan sepanjang arah-I

grafik profil kecepatan pada posisi I=5

kondisi 3:

kontur kecepatan sepanjang arah-I

kontur tekanan statik (Pa)

profil kecepatan pada posisi I=5

Posted in: CFDSOF,simulasi aliran di antara 2 plat datar