3.3 Geometri Simulasi
Geometri simulasi pada penelitian ini berupa ruang tertutup berbentuk kubus dengan dimensi:
Pemilihan geometri sederhana dilakukan untuk memfokuskan penelitian pada analisis distribusi temperatur dan perkembangan plume panas tanpa dipengaruhi oleh kompleksitas bentuk ruangan.
Pada simulasi ini sumber api methane ditempatkan pada bagian tengah bawah enclosure sehingga plume panas dapat berkembang secara vertikal menuju bagian atas ruang.
Karakteristik enclosure pada penelitian ini adalah:
| Parameter | Nilai |
| Panjang ruang | 1 m |
| Lebar ruang | 1 m |
| Tinggi ruang | 1 m |
| Jenis enclosure | Ruang tertutup |
| Ventilasi | Tidak ada |
| Sistem suppression | Tidak ada |
Ruang simulasi dibuat tanpa ventilasi mekanis untuk mempermudah analisis perkembangan temperatur dan pembentukan upper hot layer.
3.4 Mesh Numerik OpenFOAM
Pada simulasi OpenFOAM, domain simulasi dibagi menjadi mesh numerik menggunakan blockMesh.
Jumlah mesh yang digunakan adalah:
Mesh digunakan untuk membagi domain simulasi menjadi sel-sel numerik sehingga persamaan CFD dapat diselesaikan secara numerik. Penggunaan mesh yang lebih rapat memungkinkan distribusi temperatur divisualisasikan lebih detail, namun meningkatkan kebutuhan komputasi. Pada penelitian ini digunakan mesh seragam untuk menjaga kestabilan numerik dan mempermudah analisis distribusi temperatur.
3.5 Parameter Simulasi OpenFOAM
Simulasi CFD dilakukan menggunakan solver fireFoam pada OpenFOAM.
Parameter simulasi yang digunakan ditunjukkan pada tabel berikut.
| Parameter | Nilai |
| Solver | fireFoam |
| Mesh | 60 × 60 × 60 |
| Temperatur awal | 300 K |
| Fuel | CH4 |
| Waktu simulasi | 20 s |
| Kondisi ruang | Closed compartment |
Solver fireFoam digunakan karena mampu memodelkan:
- Pembakaran
- Distribusi temperatur
- Pergerakan plume panas
- Perpindahan panas
- Dinamika fluida panas
Pada simulasi ini bahan bakar yang digunakan adalah methane .
Reaksi pembakaran methane dinyatakan sebagai:
Panas pembakaran methane:
Simulasi dilakukan selama:
untuk mengamati perkembangan plume panas dan distribusi temperatur terhadap waktu.
3.6 Persamaan Dasar Simulasi CFD
OpenFOAM menyelesaikan persamaan konservasi massa, momentum, dan energi.
3.6.1 Persamaan Konservasi Massa
Persamaan ini menunjukkan bahwa massa fluida tetap terkonservasi selama simulasi berlangsung.
3.6.2 Persamaan Momentum
Persamaan momentum digunakan untuk memodelkan pergerakan plume panas akibat efek buoyancy.
Keterangan:
= densitas fluida
= kecepatan fluida
= tekanan
= viskositas dinamis
= percepatan gravitasi
3.6.3 Persamaan Energi
Keterangan:
= panas jenis
= temperatur
= konduktivitas termal
= heat release rate
Persamaan energi digunakan untuk menghitung distribusi temperatur selama simulasi kebakaran berlangsung.
3.7 Parameter Simulasi CFAST
Simulasi CFAST dilakukan menggunakan pendekatan two-zone model.
Pada pendekatan ini enclosure dibagi menjadi:
- Upper hot layer
- Lower cool layer
Parameter simulasi CFAST ditunjukkan pada tabel berikut.
| Parameter | Nilai |
| Kompartemen | 1 m × 1 m × 1 m |
| Fuel | CH4 |
| Peak HRR | 50 kW |
| Heat of Combustion | 50000 kJ/kg |
| Radiative Fraction | 0.3 |
| Ventilasi | Tidak ada |
Pendekatan two-zone model membuat simulasi CFAST memiliki kebutuhan komputasi lebih rendah dibandingkan CFD.
Persamaan keseimbangan energi pada upper layer:
Keterangan:
= heat release rate
= laju massa
= panas jenis
= perubahan temperatur
3.8 Visualisasi Hasil Simulasi
Hasil simulasi OpenFOAM divisualisasikan menggunakan ParaView.
Visualisasi dilakukan dalam bentuk:
- Vertical temperature contour
- Temperature distribution
- Plume development
Analisis temperatur dilakukan pada waktu:
Contour temperatur vertikal digunakan untuk mengamati perkembangan plume panas dan distribusi temperatur pada enclosure.
Hasil simulasi CFAST divisualisasikan dalam bentuk grafik temperatur upper layer terhadap waktu.
3.9 Metode Analisis
Analisis penelitian dilakukan berdasarkan:
- Distribusi temperatur
- Perkembangan plume panas
- Upper hot layer temperature
- Karakteristik distribusi temperatur
- Komparasi OpenFOAM dan CFAST
Distribusi temperatur pada OpenFOAM dianalisis berdasarkan contour temperatur dan perkembangan plume panas.
Sedangkan hasil simulasi CFAST dianalisis berdasarkan perkembangan temperatur upper layer.
Komparasi dilakukan untuk mengevaluasi:
- Perbedaan pendekatan numerik
- Karakteristik distribusi temperatur
- Efisiensi komputasi
- Kemampuan visualisasi plume panas
- Karakteristik prediksi temperatur
Melalui analisis tersebut dapat diketahui kelebihan dan keterbatasan masing-masing metode simulasi dalam memprediksi distribusi temperatur kebakaran pada ruang tertutup.
