Implementation of Boundary Conditions - Chapter 9

Chapter 9

Implementation of Boundary Conditions

Didalam CFD, semua permasalahan yang akan ditinjau harus didefinisikan terlebih dahulu dengan cara memberikan nilai awal (initial value) dan menentukan kondisi batas. HaL yang sangat penting adalah setiap pengguna aplikasi CFD harus memberikan nilai-nilai dan batasan-batasan yang ada pada sistem dengan tepat serta memahami bagaimana sesungguhnya sistem tersebut bekerja.

Pada umumnya, kondisi batas yang paling menjadi perhatian di antara nya :

·         inlet

·         outlet

·         wall

·         tekanan yang ditentukan

·         kesimetrisan

·         kecendrungan waktu (kondisi batas berkala)

Inlet boundary conditions

Distribusi dari setiap variabel-variabel pada aliran fluida yang akan ditinjau harus ditentukan pada batas daerah masuk (inlet boundaries). Beberapa contoh
parameter inlet boundary yang bisa ditentukan di antaranya adalah  kecepatan arah-U, kecepatan arah-V, momentum, skalar dan tekanan pada cell yang ditentukan. Berikut adalah contoh penentuan inlet boundary conditions pada grid dengan asumsi bahwa aliran mengalir dari kiri ke kanan.

Outlet boundary conditions

Kondisi batas untuk outlet digunakan secara bersamaan dengan kondisi batas inlet. Jika lokasi outlet cukup jauh dari inlet, kondisi geometris fluida akan mencapai aliran berkembang penuh dimana tidak terjadi lagi perubahan arah aliran sepanjang medan aliran fluida. Pada area ini kita dapat menentukan perubahan dari semua variabel (kecuali tekanan) sama dengan nol sepanjang arah aliran. Berikut adalah beberapa contoh penentuan kondisi batas outlet pada grid.

Wall boundary conditions

Wall merupakan daerah batas yang paling mendapatkan perhatian cukup besar ketika kita akan meninjau sebuah aliran fluida. Disini, kita akan mengasumsikan terdapat dua wall yang tersusun secara paralel pada arah-X. Berikut adalah beberapa contoh aliran di antara dua wall untuk kecepatan aliran dalam arah-U dan arah-V, serta nilai skalar lain nya pada wall.

Hal yang juga harus diperhatikan ketika kita menentukan kondisi batas pada wall adalah adanya perubahan distribusi kecepatan pada daerah lapisan batas (boundary layer), sehingga faktor kecepatan aliran fluida dan kekasaran permukaan wall juga harus menjadi pertimbangan. Berikut adalah contoh distribusi kecepatan pada daerah lapisan batas

The constant pressure boundary conditions

Kondisi ini digunakan ketika terjadi situasi dimana semua nilai variabel dari distribusi aliran diketahui secara pasti kecuali nilai tekanan pada daerah batas yang ditinjau. Beberapa permasalahan yang sering terjadi yang berkaitan dengan kondisi ini di antaranya adalah external flow di sekitar objek, free surface flow, bouyancy-driven flow seperti sistem ventilasi natural atau rambatan api, dan juga internal flow dengan multioutlet.

Symetry boundary conditions

Kondisi yang terjadi pada daerah yang simetri adalah : (i) tidak ada aliran yang melintasi batasan simetri (ii) tidak ada fluks pada nilai-nilai skalar di boundary. Dalam implementasi nya, kecepatan normal bernilai nol pada batas simetri dan semua nilai dari propertis di luar daerah yang ditinjau(I = 1) dianggap sama dengan nilai node bagian dalam yang terdekat (I = 2).

Periodic or cyclic boundary conditions

Kondisi yang terpengaruh keterikatan waktu berbeda dengan kondisi-kondisi yang telah dibahas sebelum nya. Contoh yang dapat kita ambil adalah perubahan distribusi temperatur sepanjang plat logam yang berubah dari waktu ke waktu/ kondisi transien dari distribusi temperatur, seperti dapat dilihat pada posting dengan judul : distribusi temperatur transient – ex. 8.1

Referensi :

Versteeg H.K., Malalasekera W. “Introduction to computational fluid dynamics : The finite volume method”, Longman – Loughborough. 1995.

Posted in: boundary conditions,CFD