viscous flow in pipe - calculation

Pada kesempatan sebelumnya, kita sama-sama telah mendengarkan presentasi mahasiswa kelas mekanika fluida mengenai persoalan aliran fluida viskos di dalam pipa. Kita juga telah mencoba membahas persoalan pressure drop yang terjadi sepanjang pipa dengan menggunakan manometer tabung-U berikut persamaan-persamaan yang menyertainya. Untuk itu, disini saya akan mencoba menyelesaikan soal nomor 8.20 (Mekanika Fluida, Munson, Bruce R. et al) seperti yang telah dibahas di kelas.

            Soal :

Minyak ( specific weight = 8900 N/m³, viskositas = 0,10 N.s/m²) mengalir melalui suatu tabung horizontal  berdiameter 23 mm seperti pada gambar. Suatu manometer tabung U digunakan untuk mengukur jatuh tekanan (pressure drop) sepanjang tabung. Tentukan  range nilai h (untuk aliran laminar)        

      

Itu lah salah satu cara penyelesaian dari soal tersebut. Silahkan mencoba dengan cara-cara lain yang mungkin lebih menantang. 

Untuk mengkonfirmasi penyelesaian soal yang telah dilakukan di atas, kita akan coba membandingkan hasil teoretis tersebut terhadap hasil simulasi CFD dengan menggunakan CFDSOF.

Berikut adalah langkah-langkah simulasi menggunakan CFDSOF

1.      domain

domain dibuat sesuai dengan kondisi yang diberikan soal, yaitu pipa berdiameter 23 mm, panjang 0,5 m. Disini, kita akan membuat domain dalam pendekatan 2D.

2.      atur cell

domain harus diberikan daerah inlet dan outlet agar aliran fluida bergerak menuju outlet.

3.      sempadan

inlet-1 diberikan kecepatan sesuai dengan hasil perhitungan teoretis, yaitu sebesar 10,06 m/s ke arah outlet.

4.      konstanta fisikal

pada soal disebutkan bahwa fluida yang dialirkan adalah minyak dengan berat jenis spesifik 8900 N/m³ (sehingga, densitas = 907,24 kg/m³) dan viskositas 0,1 N.s/m²

5.      iterasi

proses perhitungan mencapai konvergensi pada iterasi ke-315

6.      hasil

dari simulasi ini, hasil yang ingin kita dapatkan adalah besar nya tekanan total relative pada dua titik yang ditentukan pada soal, sehingga diketahui besar nya jatuh tekanan (pressure drop) yang terjadi sepanjang pipa.

Berikut adalah besar tekanan statik relative pada setiap titik cell.

cell yang mewakili P₁ adalah pada posisi I = 2; J = 2

cell yang mewakili P₂ adalah pada posisi I = 99; J = 2

kontur tekanan total relative sepanjang pipa

Dari kedua hasil yang telah didapat (teoretis dan simulasi), maka :

pressure drop (teoretis) = 30,4 kPa

pressure drop (simulasi) = 28,7 kPa

Sehingga dengan membandingkan kedua nilai tersebut,kita memiliki perhitungan error sebesar 0,0559 atau sekitar 6 %. Tentunya, hasil ini cukup dapat dipercaya mengingat adanya sedikit penyimpangan pada penentuan cell yang mewakili titik P₁ dan P₂. SEKIAN.

Posted in: manometer,viscous flow