Simulasi yang Anda lakukan merupakan simulasi numerik kebakaran ruang tertutup (compartment fire simulation) yang bertujuan untuk menganalisis perkembangan distribusi temperatur, plume panas, serta pembentukan upper hot layer menggunakan dua pendekatan numerik berbeda, yaitu pendekatan Computational Fluid Dynamics (CFD) menggunakan OpenFOAM dengan solver fireFoam dan pendekatan two-zone model menggunakan CFAST.

---

1. Konsep Umum Simulasi

Kebakaran dalam ruang tertutup merupakan fenomena termofluida kompleks yang melibatkan interaksi simultan antara:

• pembakaran,
• perpindahan panas,
• aliran fluida panas,
• turbulensi,
• pembentukan asap,
• serta distribusi temperatur terhadap waktu.

Pada kondisi enclosure tertutup, panas hasil pembakaran tidak dapat langsung terdisipasi ke lingkungan luar sehingga terjadi:

akumulasi energi termal

di dalam ruangan.

Akumulasi panas tersebut menyebabkan terbentuknya:

• thermal plume,
• upper hot layer,
• thermal stratification,
• dan peningkatan temperatur enclosure.

---

2. Fenomena Yang Diamati Pada Simulasi

Penelitian ini secara khusus mengamati:

Fenomena	Fungsi Analisis
Distribusi temperatur	penyebaran temperatur dalam enclosure
Thermal plume	pergerakan gas panas
Upper hot layer	akumulasi gas panas di atas
Thermal stratification	pelapisan temperatur
Heat transfer	perpindahan panas
Buoyancy flow	aliran akibat beda densitas
Fire growth	perkembangan kebakaran

---

3. Proses Fisik Kebakaran Dalam Simulasi

Tahap 1 — Ignition

Simulasi dimulai dari penyalaan bahan bakar methane (CH₄).

Reaksi pembakaran methane:

$CH_4+2O_2\rightarrow CO_2+2H_2O+Heat$CH4​+2O2​→CO2​+2H2​O+Heat

Reaksi ini menghasilkan:

• energi panas,
• gas hasil pembakaran,
• dan plume panas.

---

4. Heat Release Rate (HRR)

Panas yang dihasilkan api direpresentasikan sebagai:

Heat Release Rate

atau HRR.

Secara termodinamika:

$\dot Q=\dot m\Delta H_c$Q˙​=m˙ΔHc​

Keterangan:

• $\dot Q$Q˙​ = heat release rate
• $\dot m$m˙ = laju pembakaran bahan bakar
• $\Delta H_c$ΔHc​ = heat of combustion methane

Pada simulasi ini methane memiliki:

ΔHc ≈ 50000 kJ/kg

Energi panas inilah yang menyebabkan temperatur enclosure meningkat terhadap waktu.

---

5. Pembentukan Thermal Plume

Gas hasil pembakaran memiliki temperatur lebih tinggi dibanding udara sekitar.

Akibat temperatur tinggi:

• densitas gas menurun,
• gas menjadi lebih ringan,
• lalu bergerak naik akibat buoyancy.

Hubungan buoyancy terhadap temperatur:

$F_b\propto g\beta(T-T_\infty)$Fb​∝gβ(T−T∞​)

Keterangan:

• $F_b$Fb​ = gaya buoyancy
• $g$g = gravitasi
• $\beta$β = koefisien ekspansi termal
• $T$T = temperatur gas panas
• $T_\infty$T∞​ = temperatur lingkungan

Fenomena ini menyebabkan terbentuknya:

thermal plume

yang bergerak vertikal menuju bagian atas enclosure.

---

6. Distribusi Temperatur

Distribusi temperatur menunjukkan bagaimana temperatur menyebar di seluruh enclosure selama simulasi berlangsung.

Pada awal simulasi:

• temperatur tinggi hanya berada di sekitar sumber api.

Seiring bertambahnya waktu:

• plume berkembang,
• temperatur upper enclosure meningkat,
• terbentuk thermal stratification.

Distribusi temperatur dipengaruhi oleh:

Mekanisme	Pengaruh
Konveksi	membawa panas bersama plume
Radiasi	memanaskan enclosure
Konduksi	perpindahan panas ke boundary