David Fatahillah Panatagama โ 2306238744 โ Metode Numerik-02
ุจูุณูู
ู ุงูููููู ุงูุฑููุญูู
ููู ุงูุฑููุญููู
ู
Assalamuโalaikum Warahmatullahi Wabarakatuh,
Segala puji bagi Allah SWT atas segala rahmat dan kemudahan-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan simulasi ini. Laporan ini bertujuan untuk memodelkan dan menganalisis pengaruh vortex generator terhadap aliran fluida menggunakan metode numerik berbasis Finite Element Method (FEM) dalam platform STAR-CCM+.
1. Pendahuluan
Dalam aplikasi rekayasa aerodinamika, fenomena boundary layer separation seringkali menyebabkan peningkatan drag dan penurunan efisiensi. Salah satu solusi yang banyak digunakan adalah pemasangan vortex generator, yakni elemen kecil yang menciptakan pusaran dan menjaga aliran tetap menempel pada permukaan.
Melalui simulasi ini, aliran udara di sekitar geometri vortex generator disimulasikan untuk mengamati pola vortex dan menghitung performa aerodinamikanya.
2. Tujuan
- Memahami pola aliran di sekitar vortex generator.
- Menganalisis terbentuknya vortex secara visual.
- Menghitung gaya drag dan koefisien drag.
- Menerapkan metode numerik (FEM) dalam STAR-CCM+.
- Menanamkan nilai-nilai spiritual dalam pemahaman teknik melalui pendekatan DAI5.
3. Landasan Teori
3.1 Persamaan Governing
a. Persamaan Kontinuitas
b. Persamaan Momentum Navier-Stokes
c. Konservasi Energi
3.2 Finite Element Method (FEM) dalam CFD
Metode FEM mendiskretisasi domain menjadi elemen-elemen mesh dan menyelesaikan sistem persamaan linier dalam bentuk:
4. Metodologi Simulasi
- Geometri: Vortex generator 3D berbentuk prisma tegak.
- Domain: Volume fluida di sekitar geometri.
- Inlet: Kecepatan 20 m/s (aliran laminar).
- Boundary Condition: Dinding no-slip, outlet tekanan atmosferik.
- Solver: Steady-state, model turbulensi default.
- Mesh: Tetraprisma adaptif, refined di sekitar geometri.
5. Hasil dan Analisis Visual
5.1 Visualisasi Aliran dan Tekanan
Gambar 1 โ Streamlines dari atas vortex generator
Menunjukkan terbentuknya aliran spiral di belakang geometri. Vortex terbentuk rapi dan memperlihatkan aliran yang tetap menempel pada permukaan.
Gambar 2 โ Streamlines + Pressure Contours (sudut atas)
Tekanan tinggi (merah) berada di bagian depan, sedangkan wake area di belakang bertekanan rendah (biru). Perbedaan ini mengindikasikan drag yang terjadi.
Gambar 3 โ Vortex dari sudut miring (velocity contours)
Kecepatan tertinggi berada di area tengah (hijau terang), sementara dekat permukaan menunjukkan shear yang intens.
Gambar 4 โ Aliran dari belakang
Jelas terlihat pola vortex menyebar ke samping, menjaga kelengketan aliran.
Log Iterasi dan Output Simulasi
Gambar 5 โ Log Iterasi STAR-CCM+
Simulasi mencapai convergence dengan residual < 10โปโถ.
- Drag Coefficient (Cd): 0.0002515
- Drag Force (Fd): 0.0503 N
Angka ini menunjukkan desain vortex generator ini menghasilkan hambatan yang sangat kecil.
6. Refleksi DAI5
Deep Awareness : Aliran fluida mengandung keteraturan luar biasa yang mencerminkan kebesaran ciptaan Allah.
Awareness of Intention : Belajar bukan semata demi nilai, tapi untuk memahami dan memuliakan ilmu yang Allah turunkan.
Initial Thinking : Diasumsikan vortex akan terbentuk untuk mengontrol aliran.
Idealization : Asumsi kondisi steady dan geometri ideal demi efisiensi.
Instruction Set : Dilakukan setup dari geometri โ boundary โ solver โ post-processing.
7. Kesimpulan
Simulasi menunjukkan bahwa vortex generator efektif dalam menjaga aliran tetap melekat dan mengurangi drag. Visualisasi memberikan insight penting mengenai perilaku vortex dan wake. Nilai drag yang sangat kecil menandakan desain ini sangat efisien secara aerodinamik.
Lebih dari itu, proses ini menjadi pembelajaran spiritual bahwa keteraturan alam merupakan manifestasi dari kekuasaan Sang Pencipta. Ilmu rekayasa pun bisa menjadi jalan untuk semakin mengenal-Nya.
ููุงูุณูููุงูู ู ุนูููููููู ู ููุฑูุญูู ูุฉู ุงูููู ููุจูุฑูููุงุชููู
