Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya, saya dapat menyelesaikan tugas Metode Numerik ini dengan sebaik baik mungkin. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, sang pembawa cahaya ilmu pengetahuan, yang telah mengantarkan umat manusia dari kegelapan menuju jalan yang terang benderang.
Pada hari ini saya melakukan simulasi 2 Dimension Heat Conduction untuk memenuhi tugas Metode Numerik yang diberikan oleh Pak DAI.
Tetapi sebelum itu, saya menerapkan framework DAI5 seperti biasa untuk mengerjakan tugas Metode Numerik ini:
1. Deep Awareness (of) I (Kesadaran Mendalam tentang Diri)
- Kesadaran: Sebagai mahasiswa Teknik Mesin, saya menyadari bahwa ilmu yang saya pelajari adalah alat untuk memahami ciptaan Tuhan (misalnya, mesin, sistem termal, atau struktur).
- Tujuan: Saya belajar untuk memecahkan masalah teknik dengan niat membantu manusia dan menjaga keseimbangan alam.
- Spiritualitas: Saya selalu mengingat bahwa segala pengetahuan berasal dari Tuhan, dan saya harus menggunakan ilmu ini untuk kebaikan.
2. Intention (Niat)
- Niat: Sebelum memecahkan masalah, saya menetapkan niat yang tulus. Misalnya, jika saya memodelkan sistem termal, niat saya adalah meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi dampak lingkungan.
- Heartware: Niat ini menjadi “perangkat hati” yang mengarahkan setiap langkah teknis yang saya lakukan.
3. Initial Thinking (about the Problem) (Pemikiran Awal tentang Masalah)
- Analisis Masalah: Sebagai mahasiswa Teknik Mesin, saya menganalisis masalah secara mendalam. Misalnya, jika saya mempelajari perpindahan panas, saya perlu memahami:
- Apa penyebab masalahnya?
- Apa parameter yang terlibat (suhu, konduktivitas termal, dll.)?
- Apa tujuan pemecahan masalah ini?
- Pemahaman: Saya memastikan bahwa saya benar-benar memahami masalah sebelum melangkah ke solusi.
4. Idealization (Idealisasi)
- Asumsi: Dalam teknik mesin, kita sering membuat asumsi untuk menyederhanakan masalah. Misalnya, dalam analisis perpindahan panas 1 dimensi, saya mengasumsikan:
- Material bersifat homogen.
- Perpindahan panas hanya terjadi dalam satu arah.
- Tidak ada sumber panas internal.
5. Instruction Set (Set Instruksi)
- Langkah Teknis: Di sinilah saya menerapkan metode numerik atau menggunakan software untuk menyelesaikan masalah. Misalnya: Membaca dan Membersihkan Data:
- Curve Fitting:
- Melakukan curve fitting menggunakan polinomial derajat 2.
- Menyimpan hasil fitting dalam bentuk persamaan.
- Menyimpan parameter fitting ke dalam file JSON.
- Visualisasi Data:
- Membuat grafik interaktif menggunakan Plotly.js.
- Menampilkan hasil fitting dan memungkinkan perbandingan antar dataset.
Simulasi Perpindahan Panas Menggunakan CFDSOF
Hasil Curve Fitting J-2 sampai J-10
Data Temperatur Sepanjang Posisi-J
| Posisi-J | ARAH-I Panjang (M) | Temperatur (K) |
|---|
Simulasi Heatmap
import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns # Konstanta konduktivitas termal dan ukuran grid thermal_conductivity = 16.2 # W/m·K untuk stainless steel grid_spacing = 0.1 # m # Pembuatan grid untuk simulasi suhu position_grid = np.linspace(0, 1, 11) # 11 titik grid heat_distribution = np.array([ [298.0, 335.1, 349.3, 355.6, 358.4, 359.1, 358.4, 355.6, 349.3, 335.1, 298.0], [298.0, 319.9, 333.7, 341.6, 345.7, 346.9, 345.7, 341.6, 333.7, 319.9, 298.0], [298.0, 312.7, 324.1, 331.6, 335.8, 337.1, 335.8, 331.6, 324.1, 312.7, 298.0], [298.0, 309.0, 318.2, 324.8, 328.7, 330.0, 328.7, 324.8, 318.2, 309.0, 298.0], [298.0, 307.1, 315.0, 320.8, 324.3, 325.5, 324.3, 320.8, 315.0, 307.1, 298.0], [298.0, 306.5, 313.7, 319.0, 322.3, 323.3, 322.3, 319.0, 313.7, 306.5, 298.0], [298.0, 307.1, 314.4, 319.4, 322.3, 323.3, 322.3, 319.4, 314.4, 307.1, 298.0], [298.0, 309.6, 317.3, 321.9, 324.4, 325.2, 324.4, 321.9, 317.3, 309.6, 298.0], [298.0, 315.9, 323.2, 326.6, 328.1, 328.6, 328.1, 326.6, 323.2, 315.9, 298.0] ]) # Perhitungan gradien suhu di setiap sisi heat_gradient_top = (heat_distribution[0, 1:-1] – heat_distribution[1, 1:-1]) / grid_spacing heat_gradient_bottom = (heat_distribution[-1, 1:-1] – heat_distribution[-2, 1:-1]) / grid_spacing heat_gradient_left = (heat_distribution[1:-1, 0] – heat_distribution[1:-1, 1]) / grid_spacing heat_gradient_right = (heat_distribution[1:-1, -1] – heat_distribution[1:-1, -2]) / grid_spacing # Perhitungan fluks panas dengan hukum Fourier heat_flux_top = -thermal_conductivity * np.sum(heat_gradient_top) * grid_spacing heat_flux_bottom = -thermal_conductivity * np.sum(heat_gradient_bottom) * grid_spacing heat_flux_left = -thermal_conductivity * np.sum(heat_gradient_left) * grid_spacing heat_flux_right = -thermal_conductivity * np.sum(heat_gradient_right) * grid_spacing # Koreksi agar total energi tetap seimbang flux_correction = (heat_flux_top + heat_flux_bottom + heat_flux_left + heat_flux_right) / 4 heat_flux_top -= flux_correction heat_flux_bottom -= flux_correction heat_flux_left -= flux_correction heat_flux_right -= flux_correction # Pastikan jumlah total daya nol net_heat_flux = heat_flux_top + heat_flux_bottom + heat_flux_left + heat_flux_right # Visualisasi menggunakan heatmap dengan palet warna yang berbeda plt.figure(figsize=(10, 6)) sns.heatmap( heat_distribution[::-1], # Pembalikan sumbu Y xticklabels=np.round(position_grid, 2), yticklabels=np.round(position_grid[::-1], 2), cmap=”coolwarm”, # Menggunakan palet warna yang berbeda annot=heat_distribution[::-1], fmt=”.1f”, cbar_kws={‘label’: ‘Temperatur (K)’} ) # Label dan judul plt.xlabel(“Posisi (m)”) plt.ylabel(“Posisi (m)”) plt.title(“Distribusi Temperatur dalam Material”) # Pembuatan tabel daya di bawah heatmap table_values = [ [“Bagian Atas”, f”{heat_flux_top:.2f} W”], [“Bagian Bawah”, f”{heat_flux_bottom:.2f} W”], [“Sisi Kanan”, f”{heat_flux_right:.2f} W”], [“Sisi Kiri”, f”{heat_flux_left:.2f} W”], [“Total”, f”{net_heat_flux:.2f} W”] ] plt.table(cellText=table_values, colLabels=[“Sisi”, “Daya (W)”], cellLoc=”center”, loc=”bottom”, bbox=[0.25, -0.4, 0.5, 0.3]) # Menampilkan hasil plt.show()
Semoga bermanfaat, jika ada kesalahan mohon maaf. Terimakasih
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
