Pendahuluan
Perpindahan panas merupakan fenomena fisika yang terjadi dalam berbagai bidang teknik, termasuk teknik mesin, teknik kimia, dan teknik sipil. Simulasi perpindahan panas dua dimensi menjadi esensial untuk memahami distribusi temperatur pada suatu sistem. Dalam artikel ini, kita akan melakukan simulasi perpindahan panas 2D menggunakan perangkat lunak CFDSOF dengan penerapan DAI 5 framework.
CFDSOF: Perangkat Lunak Simulasi CFD
CFDSOF adalah perangkat lunak Computational Fluid Dynamics (CFD) yang digunakan untuk mensimulasikan perpindahan panas dan aliran fluida. Dengan fitur meshing yang kuat dan solver numerik yang efisien, CFDSOF dapat digunakan untuk berbagai analisis teknik termasuk perpindahan panas konduksi dan konveksi.
DAI 5 Framework
DAI 5 Framework adalah metode sistematis dalam melakukan analisis data dan simulasi numerik, yang terdiri dari lima tahap utama:
- Define (Menentukan): Menetapkan tujuan simulasi dan parameter utama.
- Acquire (Mengumpulkan): Mengumpulkan data yang diperlukan untuk simulasi.
- Implement (Mengimplementasikan): Melakukan simulasi dengan perangkat lunak yang sesuai.
- Interpret (Menafsirkan): Menganalisis hasil simulasi.
- Improve (Meningkatkan): Mengevaluasi hasil dan meningkatkan model jika diperlukan.
Simulasi Perpindahan Panas 2D
1. Define (Menentukan)
Dalam studi ini, kita akan mensimulasikan perpindahan panas konduksi dalam sebuah lempengan logam dengan batasan temperatur tertentu. Model yang digunakan adalah equation heat conduction 2D berdasarkan persamaan diferensial parsial
dengan TT sebagai temperatur dan ฮฑ\alpha sebagai difusivitas termal.
2. Acquire (Mengumpulkan)
Data yang digunakan diperoleh dari karakteristik material serta kondisi batas sebagai berikut:
- Material: Aluminium
- Dimensi domain: 1m x 1m
- Temperatur awal: 353K
- Temperatur batas: Berdasarkan distribusi data dari grafik berikut:
3. Implement (Mengimplementasikan)
Simulasi dilakukan menggunakan CFDSOF dengan skema numerik eksplisit dan metode elemen hingga untuk diskretisasi ruang. Grid domain dibuat dengan ukuran mesh yang cukup halus untuk meningkatkan akurasi.
4. Interpret (Menafsirkan)
Hasil simulasi menunjukkan distribusi temperatur yang sebanding dengan hasil curve fitting. Dari analisis grafik, terlihat bahwa temperatur mengalami penurunan sebelum stabil di kisaran 332-342K, sesuai dengan data eksperimen.
5. Improve (Meningkatkan)
Dari hasil analisis, langkah peningkatan dapat dilakukan dengan:
- Memperbaiki resolusi mesh untuk meningkatkan akurasi.
- Menggunakan model turbulensi jika terdapat efek konveksi dominan.
- Validasi lebih lanjut dengan eksperimen untuk meningkatkan kredibilitas hasil.
Kesimpulan
Simulasi perpindahan panas 2D dengan CFDSOF dan pendekatan DAI 5 Framework memungkinkan analisis numerik yang sistematis. Pendekatan ini memastikan bahwa setiap tahap dari perumusan masalah hingga interpretasi hasil dapat dilakukan secara optimal, menghasilkan model yang lebih akurat dan dapat diterapkan dalam berbagai kasus teknik termal.
