PENDAHULUAN
Dalam dunia rekayasa modern, pemahaman terhadap perilaku fluida di sekitar objek menjadi sangat penting, termasuk dalam olahraga seperti sepak bola. Artikel ini membahas bagaimana metode numerik diterapkan untuk menganalisis aliran udara di sekitar bola sepak menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD), dengan pendekatan Finite Element Analysis (FEA), dan dijelaskan dalam kerangka DAI5 yang diperkenalkan oleh Dr. Ahmad Indra.
1.DEEP AWARENESS OF I
Langkah awal adalah menyadari masalah yang ingin diselesaikan. Bagaimana distribusi tekanan dan kecepatan udara di sekitar bola sepak pada kecepatan tinggi (30 m/s) mempengaruhi aerodinamika dan gaya angkat (lift) maupun drag? Tujuannya adalah mengidentifikasi area bertekanan tinggi atau rendah, mendeteksi turbulensi, dan mencari peluang untuk mengoptimalkan desain agar lebih aerodinamis.
2.INTENTION
Untuk menjawabnya, digunakan pendekatan numerik berbasis CFD dengan metode finite element atau finite volume, yang dapat memberikan visualisasi dan data kuantitatif aliran fluida.
- Software: STAR-CCM+
- Model turbulensi: Realizable k-ฮต
- Kecepatan inlet: 30 m/s
- Fluida: Udara pada kondisi atmosfer
3.INITIAL THINKING
Pada tahap ini, dilakukan proses eksplorasi dan brainstorming atas berbagai kemungkinan pendekatan teknis. Salah satu pertimbangan awal adalah bentuk geometri bola: apakah akan menggunakan bentuk bola halus atau tetap mempertahankan model panel-panel yang nyata. Setelah mempertimbangkan bahwa aliran udara sangat dipengaruhi oleh detail permukaan, diputuskan untuk mempertahankan geometri panel bola secara detail, seperti yang terlihat pada model mesh 3D.
Pertimbangan lainnya menyangkut jenis simulasi: apakah akan dibuat dalam kondisi transien (berjalan waktu) atau steady-state (stabil). Untuk tahap awal, pendekatan steady-state dipilih karena waktu komputasi yang lebih singkat namun tetap mampu menunjukkan pola aliran dan distribusi tekanan dengan jelas. Dipilih pula model turbulensi realizable k-ฮต yang cocok untuk aliran eksternal seperti ini.
4.IDEALIZATION
ntuk menyederhanakan perhitungan tanpa menghilangkan karakteristik utama dari fenomena, dilakukan sejumlah idealisasi fisik dan geometrik. Udara diasumsikan sebagai fluida tidak mampat (incompressible) dan isotermal, karena kecepatan 30 m/s masih jauh dari batas kecepatan suara. Interaksi panas diabaikan, dan gaya gravitasi tidak diperhitungkan.
Geometri domain aliran dibuat cukup besar agar efek dinding tidak mempengaruhi aliran utama. Permukaan bola diberi syarat no-slip, artinya tidak ada pergerakan relatif antara udara dan bola. Mesh domain diperhalus di sekitar bola dengan penggunaan lapisan prismatik untuk menangkap gradien kecepatan di dinding. Idealitas ini penting agar simulasi tetap realistis, namun tetap dapat diselesaikan secara efisien secara numerik.
5.INSTRUCTION SET
Dengan seluruh perencanaan dan idealisasi telah dilakukan, tahap terakhir adalah menyusun instruksi teknis langkah demi langkah untuk pelaksanaan simulasi. Pertama, model bola dengan detail panel dimasukkan ke dalam domain simulasi. Domain udara dirancang menyerupai terowongan angin, dengan kecepatan inlet 30 m/s dan outlet dengan tekanan 0 Pa.
Kemudian, dilakukan proses meshing dengan elemen tetrahedral dan prism layer di dekat bola. Setelah itu, ditentukan model turbulensi (realizable k-ฮต) dan kondisi batas (boundary condition) pada setiap permukaan. Simulasi dijalankan hingga konvergen, ditandai dengan perubahan residual error yang stabil dan tidak signifikan.
Hasil simulasi divisualisasikan dalam bentuk vektor kecepatan dan kontur tekanan. Terlihat jelas zona stagnasi di bagian depan bola (tekanan tinggi), separasi aliran di sisi samping, dan wake di bagian belakang dengan tekanan rendah. Distribusi tekanan ini menjelaskan gaya drag utama yang bekerja, serta potensi lift yang bisa timbul jika aliran asimetris. Panel bola mempercepat separasi aliran dan meningkatkan efek turbulensi, menjelaskan mengapa bola dapat melayang tidak stabilโfenomena yang juga diteliti dalam fisika sepak bola profesional.
