Assalammualaikum Wr. Wb. perkenalkan nama saya Farras Palevi Ariyawan dengan NPM 2306223805. Disini saya akan mencoba menganalisis teori metode numerik apa yang digunakan ketika melakukan simulasi CFD serta korelasinya dengan DAI5. Untuk simulasi kali ini karena saya tidak bisa menggunakan STAR-CMM+, saya menggunakan alternatif lain yaitu melalui simscale : website berbasis CFD yang bisa diakses secara online.
1. Deep Awareness of I (DAI)
Pada tahap awal simulasi CFD terhadap objek mobil, saya mulai menyadari bahwa proses ini bukanlah sekadar memvisualisasikan aliran udara lewat software. Ada dasar matematika dan fisika yang kompleks di baliknya. Saya mulai bertanya pada diri sendiri: apa yang sebenarnya dihitung oleh perangkat lunak CFD? Apakah hasil yang muncul bisa dipercaya begitu saja, atau ada batasan-batasan tertentu yang harus dipahami? Pertanyaan-pertanyaan ini menuntun saya untuk menggali lebih dalam tentang metode numerik yang digunakan dalam proses ini serta memberikan consciousness terhadap diri saya sendiri betapa luasnya permasalahan yang ada di dunia ini. Permasalahan ini diciptakan oleh Yang Maha Kuasa sebagai bentuk dari memahami realitas yang hakiki.
2. Intention
Tujuan / Niat utama dalam proyek ini adalah
- Memahami metode numerik yang digunakan pada simulasi CFD
- Menganalisis bagaimana metode tersebut diterapkan untuk simulasi aerodinamika mobil.
3. Initial Thinking
Permasalahan mendasar yang menjadi fokus dalam simulasi ini adalah hambatan aerodinamis yang terjadi pada kendaraan saat melaju. Hambatan ini merupakan salah satu kontributor utama terhadap tingginya konsumsi energi, baik pada kendaraan berbahan bakar fosil maupun kendaraan listrik. Semakin besar gaya hambat (drag) yang dialami oleh kendaraan, semakin besar pula energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan kecepatan jelajahnya. Konsekuensinya, efisiensi kendaraan menurun, dan konsumsi bahan bakar atau daya baterai menjadi lebih tinggi. Oleh karena itu, diperlukan pemahaman yang mendalam terhadap karakteristik aliran udara di sekitar kendaraan, dengan tujuan untuk mengidentifikasi dan meminimalkan sumber-sumber drag secara ilmiah dan terukur.
Sebagai langkah awal, dilakukan identifikasi terhadap fenomena fisika utama yang terlibat dalam sistem. Pada kecepatan jelajah normal (misalnya 90 km/jam), aliran udara di sekitar kendaraan umumnya berada dalam rezim turbulen. Ini berarti efek viskositas dan fluktuasi aliran sangat signifikan, dan tidak dapat diabaikan. Untuk menggambarkan fenomena ini secara matematis, digunakan sistem persamaan NavierโStokes untuk fluida viskos tak-kompresibel. Namun, karena persamaan ini bersifat nonlinier dan kompleks, maka penyelesaiannya tidak dapat dilakukan secara analitik, melainkan memerlukan pendekatan numerik. Oleh sebab itu, digunakan simulasi berbasis metode numerik, khususnya Metode Volume Hingga (Finite Volume Method), untuk memperoleh solusi yang mendekati kondisi fisik nyata secara stabil dan terkontrol.
4. Idealization
Untuk membuat masalah ini dapat disimulasikan secara efisien tanpa kehilangan esensi fisiknya, beberapa idealisasi perlu dilakukan.
- Geometri: Model mobil yang digunakan saya sederhanakan. Detail kecil seperti gagang pintu, antena, dan celah panel dihilangkan. Bagian bawah mobil juga dibuat rata untuk fokus pada aerodinamika bodi utama.
- Domain Simulasi: Saya membuat sebuah “terowongan angin virtual” dengan dimensi yang cukup besar (panjang 10x panjang mobil, lebar 3x, dan tinggi 3x) untuk memastikan dinding terowongan tidak memengaruhi hasil simulasi.
- Model Turbulensi: Saya memilih model k-ฯ SST. Model ini dikenal andal untuk kasus aliran eksternal seperti ini, karena mampu memprediksi separasi aliran akibat gradien tekanan balik dengan baik.
- Mesh (Grid): Ini adalah langkah krusial. Saya menggunakan mesh yang lebih rapat di sekitar bodi mobil dan di area wake untuk menangkap detail aliran secara akurat. Lapisan inflasi (inflation layers) juga ditambahkan pada permukaan mobil untuk menganalisis lapisan batas (boundary layer) dengan benar.
5. Instruction Set
- Import 3D model dan buat domain fluida
- Setting analisis: Incompressible, steady-state, k-ฯ SST.
- Menetapkan boundary conditions
- mesh refinement
- Run dan analisis hasil
KESIMPULAN
Simulasi CFD pada kendaraan dalam studi ini membuktikan peran penting metode numerik dalam menganalisis fenomena aliran yang kompleks. Aliran udara di sekitar mobil disimulasikan berdasarkan persamaan NavierโStokes dan persamaan kontinuitas sebagai dasar fisik utama:
yang menyatakan konservasi massa untuk fluida inkompresibel. Karena kedua persamaan ini bersifat nonlinier dan sulit diselesaikan secara analitik, maka digunakan pendekatan numerik melalui Finite Volume Method (FVM). FVM mengintegralkan bentuk konservatif dari persamaan di atas ke dalam setiap volume kontrol, lalu mendiskretisasikannya menjadi bentuk aljabar:
aPโ, aNโ adalah koefisien diskretisasi yang bergantung pada skema numerik (misalnya upwind atau linear), dan b adalah kontribusi dari tekanan, sumber, serta kondisi batas. Penyelesaian dilakukan secara iteratif menggunakan algoritma seperti SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations), yang secara simultan memecahkan keterkaitan antara tekanan dan kecepatan agar memenuhi persamaan kontinuitas
Rumus ini menjadi inti dari bagaimana solver CFD seperti OpenFOAM menyusun sistem numerik dari fenomena fisik nyata.
Hasil dari simulasi ini meliputi pola tekanan, distribusi kecepatan, serta perhitungan koefisien drag yang menunjukkan efisiensi aerodinamika kendaraan. Pola wake di belakang mobil menunjukkan area dengan kehilangan energi yang dapat menjadi fokus optimasi desain ke depan. Keseluruhan proses ini menunjukkan bahwa pendekatan numerik dalam CFD bukan hanya alat bantu visualisasi, tetapi fondasi perhitungan teknik yang mendalam dan akurat.
