Couette flow.docx

8/19/2019 Couette flow.docx

1/17

TUGAS I

KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA

2-D Chanel flow grid dan 2-D Couee flow

NAMA ! Celfi Gu"ine Adio"

NO#$P ! %%%&'%2&(&

DOS)N ! $)NN* D+IKA L)ONANDA, MT

U.USAN T)KNIK M)SIN

FAKULTAS T)KNIK / UNI0).SITAS ANDALAS

PADANG, 2&%(


2/17

$A$ I

P)NDA1ULUAN

%#% LATA. $)LAKANG

Seiring dengan perkembangan teknologi mekanika fluida

berlangsung dengan pesat, maka dibutuhkan tenaga ahli di bidang

mekanika fluida, yang mana sekarang program-program mengenai fluida

sudah banyak di pakai di dunia industri, maka dari itu sebagai mahasiswa

teknik mesin harus mampu menguasai program tersebut, salah satunya

adalah fluent, yang mana fluent ini adalah teknologi komputasi yang

memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zatyang mengalir.

%#2 TUUAN

1. Mengetahui program computer fluid dynamic (C!"

#. Mengetahui $ara penggunaan gambit dan fluent

%. &isa menjalankan program gambit dan fluent

'. Mendapatkan fenomena-fenomena yang terjadi pada gambit dan fluent

%# MANFAAT

Mahasiswa bisa menjalankan program gambit dan fluent, serta mengetahui

kesalahan-kesalahan yang terjadi.

$A$ II

LANDASAN T)O.I

2#% Couee Flow

Coutte flow merupakan aliran laminar yang diakibatkan oleh dua pelat

yang dipasagkan se$ara paralel pada jarak tertentu, di mana salah satunya

bergerak, dan yang lain dibiarkan diam. Sehingga pada fluida akan

dipengaruhi oleh gaya seret, dan pada pelat akan dipengaruhi oleh gradient


3/17

tekanan. er$obaan ini dilakukan oleh Mauri$e Marie )lfred Couette

pada

abad ke-1*.

Ga34ar % er$obaan yang dilakukan oleh Mauri$e Marie )lfred Couette

Seperti yang telah dikatakan sebelumnya, bahwa pada Couette low

bekerja gaya seret pada fluida, di mana +iskositas dan ke$epatan aliran

akan berperan. Sedangkan, pada plat akan bekerja gradient tekanan.

!iekspresikan dengan

!i mana dp merupakan perbedaan tekanan yang diakibatkan oleh

pergerakan plat sebesar jarak x. !an d #u merupakaan fungsi dari ke$epatan

yang dikali dengan +iskositas µ. ika diintegralkan, maka akan didapatkan

ada kondisi y/0 u/, akan didapatkan C# sama dengan /

!an pada saat yh0 u

Sehingga

http://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couettehttp://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couettehttp://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couettehttp://en.wikipedia.org/wiki/Maurice_Marie_Alfred_Couette


4/17

ersamaan di atas juga dapat diekspresikan dalam bentuk

)tau

!i mana

ersamaan di atas medeskripsikan distribusi ke$epatan aliran yang melalui

saluran dengan P sebagai parameter gradient tekanan. 2etika P /, maka

ke$epatan aliran akan berkurang sebesar

&erikut adalah pengaruh besar gradient tekanan terhadap kontur ke$epatan

aliran fluida


5/17

Ga34ar 2 engaruh gradient tekanan terhadap distribusi ke$epatan pada

Couette low sederhana

2#2 CFD 5 Computational Fluid Dinamics6Computational Fluid Dynamics (C!" adalah metode

penghitungan dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan +olume dengan

memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan

penghitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. rinsipnya adalah suatu

ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi

menjadi beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya

dinamakan meshing . &agian-bagian yang terbagi tersebut merupakan

sebuah kontrol penghitungan yang akan dilakukan adalah aplikasi.

2ontrol-kontrol penghitungan ini beserta kontrol-kontrol penghitungan

lainnya merupakan pembagian ruang atau meshing .

adasetiaptitikkontrolpenghitunganakandilakukanpenghitunganolehaplika

sidenganbatasan domain danboundary condition yang telahditentukan.

rinsipinilah yang banyakdipakaipada proses

penghitungandenganmenggunakanbantuankomputasikomputer.

Sejarah C! berawalpadatahun 3/-andanterkenalpadatahun 4/-anawalnyapemakaiankonsep C!

hanyadigunakanuntukaliranfluidadanreaksikimia,

namunseiringdenganperkembangannyaindustriditahun */-an membuat

C! makindibutuhkanpadaberbagaiaplikasi lain.

Sejarah C! berawalpadatahun 3/-andanterkenalpadatahun 4/-an

awalnyapemakaiankonsep C!

hanyadigunakanuntukaliranfluidadanreaksikimia,

namunseiringdenganperkembangannyaindustriditahun */-an membuat

C! makindibutuhkanpadaberbagaiaplikasi lain.

Se$araumum proses penghitungan C! terdiriatas % bagianutama

1. Prepocessor

Merupakanbagian input suatu problem fluidakesebuah program C!

melalui interfa$e dantranformasilanjutkedalamsebuahbentuk yang


6/17

sesuaiuntuk sol+er. 5angkah-langkahpenggunadalamtahap pre-

pro$essing yaitu

- !efinisigeometri region analisa domain komputasional

- embuatangrid peme$ahan domain menjadibeberapa sub domain

yang lebihke$ildan non o+erlapping sebuah grid (mesh" atau

+olume atur6elemen

- emilihanfenomenafisikdankimia yang perludimodelkan

- !efinisi properties fluida

- Spesikasikankondisibatas yang sesuaipadasel-sel yang

berhimpitdenganbatas domain

Solusisebuah problem fluida (ke$epatan, tekanan, temperature dsb"

didefinisikan di setiap nodal di dalammasing-masing sel.

)kurasisebuahsolusi C! ditentukanolehjumlahseldalam grid.

Se$araumum, semakinbesarjumlahselsemakinbaikakurasisolusi.

&aikakurasisolusidanbiayahardawarekomputerserta lama

kalkulasitergantungkepadahalusnya6rapatnya grid. Mesh-mesh optimal

seringmerupakan non-uniform lebihrapatpada area di mana+ariasi-

+ariasibanyakterjadidaripoinkepoindanlebihjarangpada region

denganperubahan yang sedikit. 2emampuanteknik (self" adapti+e

meshing telahmembantupengembangan C!

gunaotomatikalpenghalusan grid untuk area dengan+ariasi yang padat.

Sekitar 7/8 waktuproyekC! di industry

ter$urahpadapendefinisiangeometri domain danpenyusunan grid.9unameningkatkanprodukti+itaspengguna $ode-$ode

utamasekarangtermasuk interfa$e jenis C)! ataufasilitas import data

daripemodelan surfa$e dan meshing seperti ):;)< dan =-!>)S.

re-prosesorhinggasaatinijugamembantukitamengakses data library

properties fluidaumumdanfasilitasmemasukkan model proses

fisikaldankimikal (model turbulen$e, perpindahankalorradiatif,

pembakaran" bersamapersamaanaliranfluidautama.


7/17

2. Solver

:erdapat % ma$amtekniksolusinumerik bedahingga ( finite difference",

elemenhingga ( finite element " danmetode spe$tral.

2erangkautamametodenumerikuntukdasarsebuah sol+er

terdiridarilangkah

- )proksimasi+ariabel-+ariabelaliran yang

tidakdiketahuidenganfungsi-fungsisederhana.

-

!iskretisasidengansubstitusiaproksimasikedalampersamaanaturaliran

danmanipulasimatematislanjut.

- Solusipersamaan-persamaanaljabar. erbedaanutama di

antaraketigama$amteknikadalahpada$araaproksimasi+ariabel-

+ariabelalirandan proses diskretisasi.

%. Post processor

?asilpenghitunganmodul sol+er berupanilai-nilainumerik (angka-

angka" +ariabel-+ariabeldasaraliransepertikomponen-

komponenke$epatan, tekanan, temperaturdanfraksi-fraksimasa.

!alammodul post-pro$essor nilai-nilainumerikinidiolah agar

penggunadapatdenganmudahmemba$adanmenganalisishasil-

hasilpenghitungan C!. ?asil-

hasilinidapatdisajikandalambentukgrafis-grafisataupunkontur-

konturdistribusi parameter-parameter aliranfluida. Selainitujuga, modul

post-pro$essor menghitung parameter-parameter

desainsepertikoefisiengesek, Cd, Cl, lukspanas , 9aya-gaya yangdikembangkanaliranfluida, :orsi, !ayadan lain sebagainya. Salah

satusoftware C! adalahComsolMultiphysi$s, yang

lebihdikenaldengan Finite lemnent !ethod "aboratory (>M5)&". !i

manapada software Comsolinimetode yang

digunakanadalahmetodeelemenhingga ( Finite element method ".


8/17

$A$ III

M)TODOLOGI

#% Pro"edur7er3odelan

embuatan program fluent

alirantaktermampatkaninimenggunakanduatahap, yaitu

• embuatangambar#! dengan9ambit

9ambar yang akandibuat

Skemaper$obaan


9/17

Membuatkoordinat

&uat @>dgesA

&uat a$e


10/17

5ink bagian edge kanandan edge kiri

:entukankondisibatas

&uat 9rid

• embuatanalirandengan luent


11/17

=mport grid yang telahdibuat

eriksa grid yang telahdiimport


12/17

!efinisikankondisibatas

:entukan ;esidual

5akukan=nisialisaisistem


13/17

=terasi

!isplay bentukaliran


14/17

lot grafik

$A$ I0


15/17

P)M$A1ASAN

8#% Pe34a9aangeo3eridari ga34i

!ari gambar dapat kita lihat bahwa lairan yang akan disimulasikan adalah

aliran tidak termampatkan berupa aliran laminar

8#2 Si3ula"ialirandilihadarigrafi:

!ari grafik dapat kita lihat bahwa semakin banyak kita iterasi maka nilaikontinitas semakin rendah, demikian juga dengan nilai B-elo$ity dan D-

+elo$ity semakin banyak kita mengiterasi maka nilainya semakin ke$il

juga

8# $enu:aliran


16/17

&entukaliran yang didapatadalahaliran laminar,

karenatidakadapenghalangpada media kerjanya, padabagianatas yang

berwarnamerahaliran$ukupken$angakibatpengaruhdari plat yang bergerak.

Sedangkanpadabagianbawah yang

berwarnabirumengalamiperlambatanakibatpengaruhdaritegangangeserdari

plat diam.

!ari grafik dapat kita lihat, semakin tinggi posisi maka nilai stream

fun$tion (ke$epatan" semakin ke$il juga.

8#8 1a"il7erhiungan

$A$ 0


17/17

P)NUTUP

(#% Ke"i37ulan

•SimulasiCouette low menggunakan 9ambit dan luent

berhasildilakukan

• Semakintinggiposisimakake$epatanaliransemakintinggi pula

• Semakinbanyakiterasi yang kitalakukanmakanilai $ontinuity, B-

+elo$ity, D-+elo$ity semakinke$il

• &entuksimulasialiranadalah laminar

(#2 Saran

)gar hasilsimulasi yang

dilakukanlebihbaikmakadisarankanuntukmenggunakankomputerdenganspesif

ikasi yang sesuai agar

semuakondisibataspadapemodelandapatdisesuaikandengankondisistandar.

Documents

Couette flow.docx