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

Read more »

Vortex Shedding Phenomenon: Wind Loading on a Tall Buildings

Vortex Shedding Phenomenon: Wind Loading on Tall Buildings

Mengenai vortex shedding

Vortex shedding merupakan aliran unsteady yang menghasilkan pusaran(vortex) pada bagian belakang benda yang dilewati nya. Kecepatan dan tekanan yang ditimbulkan oleh adanya fenomena vortex ini berubah-ubah bergantung pada bentuk dan ukuran dari benda. Secara periodik, kecepatan fluida yang melewati benda tumpul (blunt body) akan meninggalkan benda tersebut melalui sisi-sisi nya dan akan menghasilkan tekanan downstream yang rendah pada daerah tersebut. Lihat Von Kármán vortex street

Read more »

Optimum Gas Pipeline and Pumping Facility Where Work Can Be Recovered at Destination

MEMAHAMI SISTEM


OPTIMUM GAS PIPELINE AND PUMPING FACILITY WHERE

WORK CAN BE RECOVERED AT DESTINATION

Deskripsi Sistem

Sistem dibawah ini bekerja untuk mentransfer natural gas (methane) melalui jalur pipa sepanjang 120 km dengan menghadapi losses-losses yang ada sepanjang jalur yang dilalui methane tersebut. Komponen-komponen utama dari sistem ini adalan kompressor, turbin, generator, motor listrik, dan jalur pipa.

Turbin yang ada pada sistem ini berfungsi untuk mengekspansi methane yang bertekanan tinggi untuk menghasilkan tenaga, yaitu putaran turbin yang dikopel dengan generator untuk menghasilkan listrik. Listrik yang dihasilkan dari generator tersebut kemudian digunakan untuk me-recover sebagian energy yang dibutuhkan oleh motor listrik di kompressor.

gambar 1. rangkaian skematik sistem

Prinsip Kerja

Compressor digerakkan oleh motor listrik yang sebagian energy nya berasal dari generator. Gas methane yang akan ditransfer dikompressi terlebih dahulu oleh compressor untuk menaikkan tekanan nya dari p1 = 100 kPa menjadi p2 (p2 >> p1) , sehingga

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 »

Resume chapter 8 – The Finite Volume Method for Unsteady Flow

The Finite Volume Method for Unsteady Flow

Bentuk umum dari hukum konservasi aliran unsteady adalah

suku pertama pada persamaan di atas mewakili laju perubahan properti dari aliran yang mana bernilai 0 untuk keadaan steady

Persamaan konduksi panas satu dimensi unsteady

Read more »

Resume chapter 6 - Solution Algorithm for Pressure Velocity Coupling in Steady Flow

Solution Algorithm for Pressure Velocity Coupling in Steady Flow

Persamaan atur aliran untuk aliran laminar-steady 2-D

dalam persamaan momentum untuk arah-x dan arah-y, variabel yang disertakan hanya berupa tekanan, sedangkan pada persamaan konservasi massa, variabel yang disertakan adalah kecepatan dalam arah-U dan arah-V.

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 »

Simulasi UTS CFD

UTS CFD – take home

Analisis simulasi aliran fluida di antara dua buah plat datar

Terdapat aliran fluida di antara 2 plat datar yang tersusun secara parallel seperti pada gambar berikut.

gambar skema soal

Parameter yang diketahui:

·         Panjang plat, L = 1 m

·         Jarak antar plat, H = 0.1 m

·         Fluida yang mengalir memiliki densitas, ρ = 1 kg/m³; viskositas dinamik, μ = 1 kg/m.s

Akan dilakukan simulasi untuk melihat karakteristik dari aliran fluida tersebut, di antaranya adalah profil kecepatan, distribusi tekanan, dan proses konvergensi perhitungan. Hasil dari simulasi akan ditampilkan dalam bentuk kurva tekanan dan kecepatan, serta disajikan dalam bentuk vektor kecepatan dan kontur tekanan dan kecepatan.

Read more »

SINOPSIS - Optimasi Desain Ruang Pengeringan Produk Makanan dengan Alat Pengering Pompa Panas (Heat Pump Dryer)

SINOPSIS TUGAS BESAR CFD

JUDUL

Optimasi Desain Ruang Pengeringan Produk Makanan dengan Alat Pengering Pompa Panas (Heat Pump Dryer)

Read more »

UTS CFD - persamaan konservasi momentum

Bentuk konservasi momentum dalam persamaan atur :

untuk arah-x :

aliran dianggap laminar tunak 2-D, sehingga

sehingga,

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 »

Turbulensi Aliran Fluida

Turbulent Flow

the most faced in engineering practice

Sejauh ini, kita telah mempelajari berbagai fenomena aliran fluida dengan mengasumsikan fluida mengalir dalam kondisi laminar, tetapi pada kenyataan nya, hampir semua aliran fluida yang kita hadapi di dunia ini  bersifat turbulen. Apakah aliran fluida bersifat laminar atau turbulen, ditentukan oleh bilangan Reynolds yang merupakan rasio antara efek kecepatan terhadap viskositas fluida. Pada aliran laminar, pengaruh viskositas lebih dominan dibandingkan dengan kecepatan nya, tetapi pada aliran turbulen pengaruh kecepatan jauh lebih dominan dibandingkan dengan viskositas fluida.

Bilangan Reynolds diberikan oleh persamaan :

Pada gambar berikut ini diperlihatkan perbandingan tipe aliran laminar, turbulen, dan aliran transisi di dalam pipa.

 

Agar kita dapat lebih memahami bagaimana aliran turbulen terbentuk, hal-hal yang mempengaruhi nya, dan efek dari turbulensi, berikut saya copy-kan slide perkuliahan mekanika fluida dari Dr. Ir. Harinaldi mengenai turbulent flow.

Read more »