External Flow on A Bluff Body : Transient Vortex Shedding

Transient Vortex Shedding : External Flow on A Bluff Body

Vortex yang terjadi pada bluff body yang diberikan aliran fluida akan selalu mengalami perubahan dari waktu ke waktu. Nilai dari variabel dan bentuk vortex pada bluff body sangat dipengaruhi oleh bentuk dan kecepatan aliran fluida (external flow) yang diberikan.

Untuk mensimulasikan bagaimana pembentukan vortex yang terjadi pada bluff body, kita akan membuat model simulasi menyerupai terowongan angin (wind tunnel) dimana benda yang akan disimulasikan (bluff body) berada di dalam nya, kemudian diberikan aliran fluida yang melalui benda tersebut dengan kecepatan tertentu. Setelah model tersebut selesai dibuat, selanjutnya kita akan mengamati perubahan vortex yang terbentuk pada benda tersebut dari waktu ke waktu.

Pada simulasi yang dilakukan disini, kita akan mengamati perubahan tekanan statik, kecepatan, dan vektor kecepatan dari detik pertama (t = 1s) sampai ke 1 jam pertama (t = 3600s) dengan 10 waktu pengamatan, yaitu detik pertama, menit pertama, menit ke-10, menit ke-30, dan menit ke-60, 2 jam, dan 3 jam (t₁ = 1s, t₂ = 60s, t₃ = 600s, t₄ = 1200s, t₅ = 1800s, t₆ = 2400, t₇ = 3000s, t₈ = 3600s, t₉ = 7200s, t₁₀ = 10800s).

Berikut adalah langkah-langkah simulasi menggunakan CFDSOF :

1.      domain

membuat domain seolah-oleh seperti wind tunnel, panjang = 5m, tinggi = 2m. Jumlah cell pada arah-I sebanyak 250 cell, arah-J sebanyak 100 cell.

2.      model

aktifkan fungsi ikatan waktu pada menu model, sehingga kita dapat mengamati hasil simulasi dari waktu ke waktu

3.      atur cell

cell diatur sedemikian sehingga domain memiliki bagian inlet dan outlet, serta benda yang akan disimulasikan. Bluff body yang akan disimulasikan dibuat dengan menggunakan wall-2 yang diletakkan pada posisi tengah dan dekat dengan daerah inlet (I = 76 s.d. I = 100 & J = 37 s.d. J = 61)

cell

                                                                                                                                             

grid

4.      kondisi sempadan

Inlet-1 diberikan kecepatan aliran sebesar 80 m/s menuju daerah outlet

5.      iterasi

Untuk mengamati perubahan vortex yang terbentuk pada benda, kita harus melakukan perhitungan (iterasi) beberapa kali dengan interval waktu yang berbeda. Pada kasus ini, kita akan melihat proses perubahan vortex shedding selama 1 jam dengan 10 titik waktu pengamatan (t₁ = 1s sampai t₁₀ = 10800s)

6.      hasil

Hasil simulasi yang akan diamati adalah berupa tekanan statik, kecepatan, dan vektor kecepatan aliran fluida selama waktu 3 jam.

tekanan statik (Pa)

kecepatan (m/s)

vektor kecepatan (m/s)

comment please...

Read more »

Gas mixture (AIR + CO2) with different flow rate

berhubung saya belum sempat memberikan penjelasan mengenai simulasi kali ini, sementara saya hanya menampilkan gambar-gambar pengerjaan dalam proses simulasi kasus ini.

berikut adalah urutan gambar tersebut :

1. domain

2. atur cell --> membuat inlet 1, inlet 2, dan outlet

3. model --> aktifkan fungsi spesies

4. atur spesies --> menentukan jenis dua spesies yang digunakan (udara+co2) tanpa mengalami reaksi kimia

5. kondisi sempadan --> menentukan kecepatan aliran dan fraksi mol spesies

• untuk inlet-1

 

• untuk inlet-2

6. iterasi

7. hasil

• fraksi massa CO2 

• fraksi massa udara 

comment please...

Read more »

kondisi batas secara transient : perubahan temperatur pada wall

Perubahan temperatur wall secara transien

Umumnya, sebagian besar kasus simulasi yang telah saya lakukan pada blog ini adalah dengan mengasumsikan bahwa proses simulasi berlangsung pada kondisi tunak (steady state). Pada keadaan yang sebenarnya, segala fenomena fisika membutuhkan waktu untuk mencapai keadaan tunak. Selama waktu tertentu dimana terjadi peralihan dari kondisi yang tidak teratur (berubah-ubah) hingga mencapai kondisi tunak disebut kondisi transient.

Kondisi transient sangat penting untuk diamati bagi beberapa proses fisik karena kebanyakan persamaan-persamaan fisika dibuat dengan mengasumsikan bahwa keadaan steady sudah tercapai sepenuhnya, sehingga simulasi dengan CFD dapat membantu memberikan gambaran proses yang sesungguhnya terjadi secara fisik. Oleh karena itu, disini kita akan coba mensimulasikan perubahan temperatur pada dinding dari waktu ke waktu dengan menentukan asumsi nilai temperatur awal pada titik tertentu.

Pada simulasi ini, kita mengasumsikan bahwa kita telah mengetahui besarnya temperatur dinding pada beberapa waktu tertentu (4 titik waktu) berdasarkan pengukuran, dsb. Hal yang kita ingin ketahui adalah besarnya nilai temperatur pada waktu-waktu lain berdasarkan input temperatur yang kita telah berikan.

Berikut adalah langkah-langkah simulasi dengan CFDSOF

1.      domain

membuat model secara default pada CFDSOF, panjang = 1m, tinggi = 1m. Jumlah cell pada arah-I = 10 cell, arah-J = 10 cell.

2.      model

Aktifkan fungsi ikatan waktu karena kita ingin mensimulasikan perubahan temperatur berdasarkan waktu (transient). Aktifkan juga fungsi hitung temperatur dan wall konduktif

3.      atur cell

cell dibuat sedemikian sehingga terdapat dua wall (yaitu wall-1 dan wall-2).

4.      kondisi sempadan

wall yang akan disimulasikan adalah wall-2, sehingga kita menentukan kondisi sempadan wall-2 dengan memberikan nilai parameter sempadan termal untuk temperatur dalam fungsi piecewise. Wall-2 diberikan nilai temperatur yang berbeda untuk 4 titik waktu tertentu dimana pada (point 1 à t₁ = 1s; temperatur = 293K), (point 2 à t₂ = 60s; temperatur = 300K), (point 3 à t₃ = 10m; temperatur = 315K), (poin 4 à t₄ = 1h; temperatur = 330K).

5.      temple nilai awal

setelah kita menententukan besar nilai temperatur untuk beberapa waktu (dalam 4 waktu yang berbeda), kita harus memberikan nilai temperatur awal pada wall-2. Disini, nilai temperatur awal bagi wall-2 yang diberikan adalah sebesar 290K)

6.      iterasi

proses perhitungan yang dilakukan untuk kasus ini dilakukan sebanyak 4 kali, yaitu sesuai dengan banyak nya variasi temperatur pada 4 waktu yang berbeda yang telah ditentukan sebelum nya.

  

7.      hasil

Berikut adalah distribusi temperatur pada 4 waktu yang berbeda, yaitu pada saat t₁ = 1s, t₂ = 60s, t₃ = 10menit, dan t₄ = 1 jam.

comment please....

Read more »

Steady Flow pada Perbesaran dan Penyempitan Pipa

Steady Flow pada Perbesaran dan Penyempitan Pipa secara Mendadak

Simulasi yang dilakukan kali ini bertujuan untuk mengetahui koefisien kerugian yang terjadi pada aliran di dalam pipa dengan perbesaran/pengecilan diameter secara mendadak (sudden expansion/reduction). Dengan demikian, kita dapat mengetahui seberapa besar kerugian tekanan yang terjadi, sehingga kita dapat menentukan berapa besar energi yang harus diberikan pada aliran tersebut agar sistem dapat bekerja sesuai dengan desain yang diharapkan.

Untuk mencari koefisien kerugian yang terjadi, fluida dialirkan dengan 2 variasi kondisi, yang pertama adalah kecepatan sebesar 5 m/s pada inlet-1 dan tekanan 0 Pa pada inlet-2. Kondisi kedua adalah kecepatan sebesar -8 m/s pada inlet-2 dan tekanan 0 Pa pada inlet-1. Dengan demikian, tekanan pada sisi masuk dan keluar pipa akan diketahui, sehingga perbedaan tekanan antara sisi masuk dan keluar fluida dapat dihitung untuk mencari koefisien kerugian yang terjadi.

Kerugian yang terjadi pada aliran fluida dalam pipa dapat dibagi menjadi major losses dan minor losses. Major losses disebabkan oleh gesekan yang terjadi antara fluida dengan dinding-dinding pipa, sedangkan minor losses disebabkan oleh adanya belokan, sambungan, peletakkan alat ukur, perbesaran/penyempitan diameter pipa pada aliran fluida, dsb.

Read more »

distribusi temperatur transient - ex. 8.1

Berikut adalah pengerjaan soal yang ada pada buku Versteeg & Malalasekera example 8.1. dengan menggunakan program CFDSOF.

Penyelesaian :

Read more »

simulasi UTS CFD - con'd

PERBEDAAN TEKANAN FLUIDA PADA KEDUA DAERAH INLET

UTS – CFD

Seperti pada posting sebelum nya mengenai analisis persamaan konservasi momentum dari aliran fluida, kali ini saya mencoba untuk mensimulasikan hukum konservasi tersebut pada aliran fluida di antara 2 plat parallel.

skema soal

Kasus yang coba diangkat disini adalah seperti yang terdapat pada soal UTS-CFD nomor 2e, dimana terdapat perbedaan tekanan fluida di antara 2 ujung-ujun inlet. Berikut adalah kondisi yang diberikan pada soal :

Kondisi 1 :

diberikan perbedaan tekanan pada kedua inlet sebesar p₁ = 2 bar (200000 bar); p₂ = 1 bar (100000 Pa)

Kondisi 2 :

pada inlet 1, diberikan kecepatan aliran dalam arah-U sebesar u₁ = 0.4 m/s, sedangkan pada inlet 2 diberikan tekanan sebesar p₂ = 3 bar

Proses simulasi dilakukan dengan menggunakan CFDSOF. Langkah-langkah penyelesaian adalah sebagai berikut :

Read more »

Turbulent Flow in Pipe

Turbulent Flow in Pipe

Sejauh ini, kita telah melakukan simulasi dari aliran fluida untuk beberapa kasus yang mana aliran tersebut selalu diasumsikan dalam keadaan laminar. Akan tetapi pada praktek nya, hampir semua persoalan enjinering yang menyangkut aliran fluida bersifat turbulen.

Persoalan mengenai aliran turbulen telah kita pelajari pada post sebelum nya yg berjudul “TurbulensiAliran Fluida”. Kali ini, kita akan coba mensimulasikan aliran fluida yang bersifat turbulen di dalam pipa, dimana intensitas turbulensi dan panjang karakteristik nya kita tentukan terlebih dahulu diawal simulasi.

Berikut adalah langkah-langkah simulasi menggunakan CFDSOF :

1.      domain

Domain yang akan kita gunakan adalah pipa horizontal berdiameter 0,05 m dengan panjang 1 m. Pada arah-I diberikan cell sebanyak 50, sedangkan pada arah-J diberikan cell sebanyak 30. Untuk membuat domain berbentuk pipa 2D, kita harus menentukan garis sumbu simetri dengan mengaktifkan fungsi aksis simetri.

2.      atur model

Untuk mengaktifkan fungsi turbulen pada simulasi, maka pilihan model turbulensi yang harus dipilih adalah model K-Epsilon.

3.      atur cell

cell diatur sedemikian sehingga domain mempunyai dua daerah inlet dan aksis simetri seperti gambar berikut.

4.      kondisi sempadan

daerah inlet-1 diberikan kecepatan sebesar 0,001 m/s ke arah kanan, sedangkan daerah inlet-2 dibuat vakum (tekanan inlet-2 = 0 Pa), sehingga dapat dipastikan aliran mengalir ke arah kanan pipa. Pada inlet-1, intensitas turbulensi ditentukan sebesar 10% dengan panjang karakteristik 0,05 m.

 

5.      konstanta fisikal

fluida yang akan disimulasikan diberikan densitas sebesar 1000 kg/m³ dengan viskositas sebesar 9e-4 kg/m.s

6.      iterasi

iterasi dilakukan hingga mencapai perhitungan yang konvergen (tercapai pada iterasi ke - 737)

residu perhitungan (proses menuju konvergensi)

7.      hasil

berikut adalah hasil simulasi yang didapat

relative static pressure (Pa)

 

relative total pressure (Pa)

 

kontur kecepatan (m/s)

 

Kontur turbulensi terdiri dari eddy dissipation(m²/s³), effective viscosity (kg/m.s), pembangkitan (kg/m.s³), dan k.e. turbulence (m²/s²)

Read more »