Assalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh
Pada blog ini, saya akan menjelaskan salah satu aplikasi metode numerik, yaitu computational fluid dynamics (CFD) pada objek vortex generator untuk melihat aliran fluida yang dilaluinya.
Deep Awareness of I
Keterbatasan manusia dalam menginterpretasikan suatu fenomena alam, menghadirkan metode-metode khusus. Salah satunya adalah CFD yang digunakan untuk menganalisis aliran fluida, perpindahan panas, dan fenomena simulasi numerik lainnya. Sebagai manusia, kita harus menyadari keterbatasan kita dalam memodelkan interaksi fluida yang kompleks. Kesadaran ini membawa manusia untuk menggunakan alat bantu berupa software seperti Siemen CCM atau Ansys Fluent untuk memodelkan interaksi fluida kompleks dengan mudah. Situasi tersebut membantu manusia mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam terkait keteraturan dan hukum-hukum fisika di alam semestra.
Intention
Sebagai suatu metode berbasis persamaan differensial, CFD bertujuan untuk menyelesaikan beberapa masalah yang umumnya ditemui saat persamaan differensial diselesaikan menggunakan metode seperti FEM atau FDM. Pada kasus ini, CFD digunakan untuk menganalisis aliran fluida terhadap suatu objek vortex generator dengan velocity tertentu.
Initial Thinking
Dalam kasus ini terdapat beberapa physics setup
- Aliran incompressible
- Inlet velocity 20 m/s
- Aliran steady & inviscid
Kemudian digunakan beberapa dasar teori seperti
- Persamaan Bernoulli
Interpretasi dari persamaan ini adalah hubungan kecepatan dan tekanan yang berbanding terbalik
2. Gaya Drag
Gaya drag merupakan gaya akibat tekanan dan gesekan di permukaan objek
3. Navier-Stokes Equation
Ini merupakan persamaan yang menjadi dasar simulasi CFD menggunakan metode seperti Finite Volume Method (FVM)
FVM adalah sebuah metode numerik yang membagi suatu objek menjadi control volume kecil. Persamaan-persamaan di atas akan diselesaikan secara numerik untuk masing-masing control volume yang hasilnya kemudian akan diinterpretasikan dengan suatu nilai di masing-masing titik berdasarkan perhitungan pada control volume.
Idealization
Dalam melakukan simulasi CFD, perlu dinyatakan beberapa idealisasi untuk mempermudah proses simulasi numerik. Dalam kasus ini beberapa idealisasi sebagai acuan adalah.
- Continuum Fluid, udara dianggap sebagai medium kontinu.
- Incompressible Flow, udara yang melewati objek tidak terkompresi.
- Steady-state Flow, aliran udara dianggap stabil dan tidak berubah terhadap waktu.
- Boundary Condition, kasus ini mengasumsikan inlet velocity yang konstan dan seragam
- Permukaan objek halus dan rigid, asumsi ini tidak mempertimbangkan surface firction yang dialami aliran saat melewati benda dan tidak mempertimbangkan lendutan yang dialami oleh benda
Instruction Set
Dalam melakukan simulasi CFD, beberapa langkah-langkah yang umumnya dilakukan:
- Menentukan physics setup : Fenomena fisik, jenis fluida, domain fisik, dan asumsi.
2. Meshing : Objek dibagi menjadi domain kontinu yang dinamakan dengan mesh. Beberapa teknik meshing yang lebih advance diterapkan untuk bagian-bagian yang tidak teratur. Beberapa teknik seperti local sizing dapat diterapkan untuk meningkatkan kualitas meshing.
3. Governing Equations Setup : Menentukan governing equation-nya
4. Boundary dan Initial Conditions : Memasukan kondisi batas di inlet, outlet, dan wall
5. Solver settings : Menentukan jenis solver, apakah Laminar atau Turbulent?
6. Run simulation
7. Post-Processing : Visualisasi parameter target hasil simulasi.
Post-Processing menunjukan distribusi kecepatan dan tekanan udara yang mengalir melalui vortex generator. Dari hasil simulasi dapat dilihat bahwa aliran laminar walaupun terbentuk vortex pada bagian akhir dari objek. Tekanan pada muka objek juga mengindikasikan stagnation point.
Dapat dilihat juga bahwa simulasi konvergen pada iterasi 946 dengan residual 1,4 x 10^-6. Momentum residual juga sudah cukup rendah, sehingga hasil simulasi dapat dikatakan mendekati kondisi fisis sebenarnya.
Hasil lain yang dapat dilihat pada console tersebut adalah:
Drag Cofficient (Cd) = 2,51317 x 10^-4
Drag Force = 0,05030634 N
Sekian blog dari saya,
Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh
