KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA (11 NOVEMBER 2014)

ALIRAN LAMINAR AXISYMMETRI

1. Kecepatan rata-rata

𝑅𝑒 =𝜌�̅�𝐷

𝜇

�̅� =𝑅𝑒𝜇

𝜌𝐷

�̅� =2200 × 0,001

1000 × 0,02

�̅� = 𝟎, 𝟏𝟏 𝒎/𝒔

2. Kecepatan Maksimum

Distribusi kecepatan sepanjang arah x 𝑉(𝑥) = 𝑉𝑚𝑎𝑥 × [1 − (𝑟

𝑅)

2

]

�̅� =𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡

𝐿𝑢𝑎𝑠

�̅� =∫ 𝑉 𝑑𝐴

∫ 𝑑𝐴

�̅� =∫ 𝑉𝑚𝑎𝑥 × [1 − (

𝑟𝑅)

2

]𝑟=𝑅

𝑟=0𝜋 × 𝑟 × 𝑑𝑟

∫ 𝜋 × 𝑟 × 𝑑𝑟𝑟=𝑅

𝑟=0

�̅� =𝜋𝑉𝑚𝑎𝑥 ∫ [𝑟 −

𝑟3

𝑅2]𝑟=𝑅

𝑟=0× 𝑑𝑟

𝜋 ∫ × 𝑟 × 𝑑𝑟𝑟=𝑅

𝑟=0

�̅� =

𝑉𝑚𝑎𝑥 [12 𝑟2 −

14

𝑟4

𝑅2]𝑟=0

𝑟=𝑅

[12 𝑟2]

𝑟=0

𝑟=𝑅

�̅� =𝑉𝑚𝑎𝑥 [

12 𝑅2 −

14

𝑅4

𝑅2]

[12 𝑅2]

�̅� =𝑉𝑚𝑎𝑥 [

12 −

14] 𝑅2

[12] 𝑅2

�̅� =1

2𝑉𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 2�̅�

𝑉𝑚𝑎𝑥 = 2 × 0,11

𝑽𝒎𝒂𝒙 = 𝟎, 𝟐𝟐 𝒎/𝒔

GAMBIT

1. Tentukan koordinat dari masing-masing titik

2. Buka program Gambit yang telah diinstall

3. Pada kolom Operation, pilih Geometry, untuk membuat desain yang telah digambarkan.

a. Pilih Vertex Command Window

b. Masukkan koordinat dari masing masing titik (x,y,z) yang telat dibuat pada bagian

Global, kemudian pilih Apply.

c. Untuk menghubungkan titik-titik tersebut, pilih Edge Command Window.

Kemudian tekan Shift + klik titik-titik yang ingin dihubungkan secara berurutan. Pilih

Apply.

Untuk menghapus garis yang salah, pilih Delete Edges, kemudian tekan shit + klik

titik yang ingin dihapus, lalu Apply.

d. Untuk menghubungkan titik-titik tersebut, pilih Face Command Window.

Kemudian tekan Shift + klik 4 garis yang ingin dibuat bidang secara berurutan, lalu

pilih Apply.

e. Membuat mesh, pilih Mesh Command window.

Akan muncul kotak dialog, ubah internal size menjadi interval count.

Lalu tekan shift + garis-garis yang ditunjukkan pada gambar berikut (lingkaran

merah).

Pada kolom interval, diisi sesuai yang diinginkan. Lalu pilih Apply

Untuk dapat preview mesh yang akan dibuat, tekan Enter, lalu jika sudah sesuai

pilih Apply.

Mesh vertical : 80

Mesh Horizontal : 10, 20, dan 40

f. Lalu pilih Face Command Window

Lalu tekan shift + pilih bidang yang akan dibuat mesh.

Ubah type menjadi Map.

g. Lalu pilih Zone untuk menentukan boundary.

Lalu tekan shift + pilih garis yang dilingkar merah (sebagai velocity inlet).

Name : input (opsional)

Type : velocity_inlet

Lalu pilih Apply

Name : output (opsional)

Type : pressure_inlet

Lalu pilih Apply

Name : sumbu (opsional)

Type : Axis

Lalu pilih Apply

h. Kemudian pilih File Export Mesh

Akan muncul kotak dialog. Check bagian Export 2D (X-Y) Mesh. Lalu pilih Accept.

i. Lakukan untuk mesh horizontal 20 dan 40, kemudian save as.

FLUENT

1. Buka program FLUENT yang sudah terinstall

2. Pilih File Read Case

3. Pilih file dalam ekstensi .msh yang ingin dijalankan. (Contoh: Aliran Laminer 40 mesh).

Lalu pilih OK!

4. Setelah file dijalankan, akan muncul notifikasi Warning. Diabaikan saja.

5. Setting default dari FLUENT adalah dalam meter, sedangkan yang kita gunakan dalam soal

adalah centimeter. Pilih Grid Scale.

Lalu pilih Scale (sekali saja)

6. Kemudian pilih Define Model Solver. Pada bagian Space, pilih Axisymmetric.

7. Pilih Define Model Viscous untuk menentukan jenis aliran. Dalam kasus ini, pilih

Laminar.

8. Pilih Define Material untuk menentukan jenis fluida yang akan digunakan

Pilih Fluent Database. Untuk memilih jenis fluida yang sudah tersedia didalam database.

Dalam kasus ini fluida yang digunakan adalah water liquid. Lalu pilih Copy.

Kemudian pilih change/create

9. Pilih Define Operating Conditions untuk memeriksa tekanan sama dengan tekanan

atmosfer.

10. Pilih Define Boundary Conditions

Pilih fluid Set. Kemudian ubah Material Name menjadi water-liquid.

Pilih input Velocity-inlet Set. Kemudian ubah Velocity Spesification Method menjadi

Magnitude, Normal to Boundary atau Components

Velocity magnitude = 0.1 Axial Velocity = 0.1 ; Radial Velocity = 0

Pilih output Set. Untuk memeriksa jikalau tekanan (gauge) = 0

11. Pilih Solve Initialize. Pada bagian Compute From pilih input. Lalu pilih Init.

12. Pilih Solve Monitors Residual. Pada bagian option checklist Plot dan bagian

Convergence Criterion ubah menjadi 1e-7

13. Pilih Solve Iteration. Pada bagian Number of Iterations isi angka 1000.

Iterasi sedang dijalankan. Cepat/lambatnya proses iterasi bergantung pada kemampuan Laptop.

14. Pilih Plot XY Plot. Ubah Plot Direction menjadi X = 0 dan Y =1

Y Axis Function menjadi velocity. Lalu klik surface output dan pilih Plot.

15. Grafik XY telah ditampilkan.

Vmax yang dihasilkan adalah 0,16 m/s. Namun, dalam perhitungan manual, Vmax yang

didapatkan adalah sekitar 0,22 m/s.

Maka, langkah selanjutnya adalah mendefinisikan hasil output diatas menjadi input untuk

proses selanjutnya. Caranya adalah:

16. Pilih File Write Profile. Pada bagian surface pilih output, kemudian pada values

pilih Axial Velocity, Radial Velocity, Grid X-Velocity, Grid Y-Velocity, X Coordinate,

dan Y Coordinate. Setelah itu pilih Write

Beri namanya terserah. File tersebut disimpan dalam ekstensi .file

17. Pilih File Read Profile. Bila file yang tadi dibuat tidak ada, maka pada bagian File

of Type ganti menjadi All Files.

18. Pilih Solve Initialize. Pada bagian Compute From pilih input. Lalu pilih Init.

Pilih OK

19. Pilih Define Boundary Conditions. Pilih input Velocity-inlet Set. Kemudian

ubah Velocity Spesification Method menjadi Magnitude and Direction. Pada bagian

velocity magnitude dan axial component of flow direction pilih axial velocity.

20. Pilih Solve Iteration. Pada bagian Number of Iterations isi angka 500. (biar cepat)

21. Pilih Plot XY Plot. Ubah Plot Direction menjadi X = 0 dan Y =1

Vmax yang dihasilkan adalah 0,18 m/s. Namun, dalam perhitungan manual, Vmax yang

didapatkan adalah sekitar 0,2 m/s.

22. Ulangi langkah 16-21 lagi sampai mendapatkan Vmax 0,22 m/s