Assalamualaikum wr wb.
Perkenalkan nama saya Andy Maulana Latif dengan NPM 2306211534. Pada kesempatan kali ini saya akan menganalisis aerodinamika pada part vortex generator menggunakan software siemens starccm+ dengan framework DAI5. Saya bersyukur kepada Allah SWT karena telah diberikan kesempatan untuk bisa mengerjakan tugas ini.
DEEP AWARENESS OF I
Saya sadar bahwa ilmu yang ada di Teknik Mesin ini, di Metode Numerik, seperti CFD, sejatinya adalah anugerah dari Allah SWT. Saya menyadari bahwa akal dan daya berpikir saya hanyalah sarana dari-Nya. Vortex generator (VG) bukan sekadar komponen teknik, melainkan bagian kecil dari hukum alam yang diciptakan Allah. Tugas ini bukan hanya sebagai penambah nilai mata kuliah metode numerik, namun juga sebagai sarana untuk lebih mendekat dan mengingat Allah SWT.
INTENTION
Tujuan dari simulasi ini adalah sebagai berikut:
-Menganalisis pengaruh VG terhadap aliran udara
-Evaluasi efektivitas desain VG
-Menganalisis pola aliran udara saat melewati vortex generator
-Mengevaluasi distribusi tekanan dan kecepatan di sekitar VG
INITIAL THINKING
Dalam menjalankan simulasi CFD di STAR-CCM+, terdapat berbagai aspek penting yang memengaruhi akurasi dan kualitas hasilnya. Namun sebelum membahas lebih dalam, penting untuk memahami dasarnya terlebih dahulu. Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan cabang dari mekanika fluida yang memanfaatkan metode numerik dan algoritma komputer untuk memodelkan perilaku aliran fluida—dalam hal ini adalah udara. Dengan CFD, kita bisa melihat bagaimana aliran udara terbentuk, distribusi tekanan terjadi, serta bagaimana gaya seperti drag dan lift bekerja pada sebuah objek, tanpa harus membuat prototipe fisik. Ini tentu sangat efisien dari segi waktu dan biaya. Di sisi lain, Finite Element Analysis (FEA) adalah metode serupa namun lebih fokus pada perilaku struktural, seperti tegangan, deformasi, atau perpindahan panas, dengan cara membagi objek menjadi elemen-elemen kecil.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Hasil Simulasi CFD:
-Geometri dan desain vortex generator
-Jumlah elemen dan ukuran mesh (grid)
-Penentuan boundary condition:
-Inlet (velocitiy inlet)
-Outlet (pressure outlet)
-Wall (no-slip condition)
-Pemilihan model turbulensi (misalnya k-epsilon, k-omega SST, dll)
-Gaya aerodinamika:
-Gaya drag (hambat)
-Gaya lift (angkat)
-Persamaan dasar fluida:
-Persamaan kontinuitas
-Persamaan momentum (Navier-Stokes)
-Turbulent Kinetic Energy (TKE) dan Turbulent Dissipation Rate (TDR)
-Jenis simulasi: steady-state atau transient
-Nilai residual dan kriteria konvergensi
-Pengaturan post-processing (kontur, streamline, grafik, dan lain-lain)
IDEALIZATION
Untuk menyederhanakan permasalahan simulasi aliran udara pada vortex generator, beberapa asumsi dibuat. Pertama, geometri vortex generator diperoleh dari file CAD yang tersedia di situs Grabcad (dibeirkan ketua kelas), dan digunakan langsung tanpa modifikasi lebih lanjut. Hal ini dilakukan untuk mempercepat proses pembuatan model dan langsung masuk ke tahap simulasi.
Simulasi ini menggunakan asumsi aliran steady-state, artinya semua parameter aliran dianggap tidak berubah terhadap waktu. Selain itu, udara dianggap sebagai fluida inkompresibel dengan densitas konstan, karena kecepatan aliran yang digunakan cukup rendah, yaitu 8 m/s, sehingga efek kompresibilitas dapat diabaikan.
Untuk menangani efek turbulensi, digunakan model turbulensi k-epsilon, yang merupakan model umum dan stabil dalam banyak kasus aliran teknik, termasuk aliran di sekitar permukaan dengan gangguan seperti vortex generator.
Simulasi dilakukan sebanyak 100 iterasi, cukup untuk mendapatkan gambaran awal dari pola aliran dan distribusi turbulensi. Jumlah iterasi ini dapat ditambah pada tahap selanjutnya jika diperlukan untuk mencapai konvergensi lebih baik.
INSTRUCTION SET
- Membuat geometri, namun pada tugas ini, sudah didapat grabcad file VG yang mana diberikan oleh ketua kelas.
- membuat domain fluida yang dibuat mengelilingi VG dalam bentuk balok besar agar efek batas tidak memengaruhi hasil. Mesh menggunakan hybrid meshing: tetrahedral di volume bebas dan prism layer di sekitar permukaan padat.
- mensetting boundary condition:
-inlet: kondisinya berupa velocity inlet, dimana adalah kecepatan rata rata angin yaitu 8 m/s
-outlet: kondisinya pressure outlet
-Wall: Kondisi no slip untuk seluruh permukaan padat
-Symmetry: Digunakan jika geometri simetris untuk efisiensi komputasi. - Model Turbulensi: Standard k-epsilon (k dan ε untuk turbulensi).
- Metode: Finite Volume Method, menyelesaikan persamaan kontinuitas, momentum, dan turbulensi per elemen.
- Iterasi: Simulasi dijalankan hingga 100 iterasi
HASIL
Grafik menunjukkan residuals dari parameter: Continuity, X/Y/Z Momentum, TKE, dan TDR.
Semua residual turun drastis dan stabil di bawah nilai 10−310^{-3}10−3 (bahkan ada yang sampai 10−510^{-5}10−5) menunjukan simulasi sudah konvergen. Artinya, perhitungan solver sudah stabil, tidakada perubahan besar lagi tiap iterasi yang berarti hasilnya valid.
Streamline menunjukkan arah aliran udara di sekitar objek. Aliran terlihat smooth, terarah, dan tidak banyak turbulensi liar. Tidak ada separasi besar di belakang objek. Artinya, desain ini mendukung aliran yang efisien dan minim drag. Area depan objek punya tekanan tinggi karena menabrak aliran. Area belakang tekanan lebih rendah, efek hisap dari drag (normal).
