47 konvergen. Penghitungan dilakukan secara menyeluruh terhadap volume
kontrol dengan proses integrasi persamaan diskrit. Tahap akhir merupakan tahap postprocessor dimana hasil perhitungan diinterpretasikan ke dalam
gambar, grafik bahkan animasi dengan pola-pola warna tertentu. Hal yang paling mendasar mengapa konsep CFD software CFD banyak
sekali digunakan dalam dunia industri adalah dengan CFD dapat dilakukan analisa terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen dan
tentunya waktu yang panjang dalam melakukan eksperimen tersebut. Atau dalam proses design engineering tahap yang harus dilakukan menjadi lebih
pendek. Hal lain yang mendasari pemakaian konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam akan suatu masalah yang akan diselesaikan atau dalam hal ini
pemahaman lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur dan bahkan animasi.
2.11.1 Persamaan-persamaan Konservasi
Dalam membuat model CFD diperlukan definisi dari model itu sendiri, apakah model tersebut memepertimbangkan faktor reaksi kimia,
mass transfer, heat transfer atau hanya berupa aliran fluida non kompressible dan laminar. Definisi dari model sebenarnya adalah memilih persamaan mana
yang akan diaktifkan dalam suatu proses CFD. Banyak sekali persamaan yang digunakan dalam konsep CFD secara umum karena semua persamaan
tersebut merupakan pendekatan dari karakteristik fluida yang akan mendekatkannya pada kondisi real. Kita kembali ke CFD, berikut ini salah
satu contoh persamaan-persamaan dasar yang terlibat dalam suatu aliran laminar tanpa melibatkan perpindahan kalor maupun spesies.
1. Persamaan Konservasi Massa Persamaan konservasi massa atau persamaan kontinuiti yang
digunakan dalam CFD adalah:
�� ��
+
��� ��
+
��� ��
+
��� ��
= 0
2.69
Dimana : �
= Densitas
x,y,z = koordinat kartesian u,v,w = komponen kecepatan vector pada sumbu x, y, z
Persamaan diatas merupakan persamaan umum dari konservasi massa dan valid untuk setiap aliran compressible dan incompressible.
2. Persamaan Konservasi Momentum
Persamaan konservasi momentum adalah persamaan yang mendefinisikan gerakan fluida ketika terjadi gaya-gaya pada partikel-
partikelnya pada setiap elemen fluida yang didefiniskan di dalam model CFD. Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah ini:
Gambar 2.28 Persamaan Konservasi Momentum Sumber : https:fauzanahmad.wordpress.com
��
� ��
��
��
+
��
��
��
+
�
��
��
= � �
�� ��
+ �
�� ��
+ �
�� ��
+ �
�� ��
� 2.70
��
� ��
��
��
+
��
��
��
+
�
��
��
= � �
�� ��
+ �
�� ��
+ �
�� ��
+ �
�� ��
� 2.71
��
� ��
��
��
+
��
��
��
+
�
��
��
= � �
�� ��
+ �
�� ��
+ �
�� ��
+ �
�� ��
� 2.72
Dimana : g
x
,g
y
,g
z
= komponen dari percepatan gravitasi �
= densitas
49 �
x
, �
y,
�
z
= loses kekentalan Persamaan diatas adalah persamaan diferensial umum dari gerakan
fluida. Kenyataannya persamaan tersebut dapat diaplikasikan untuk setiap continuum solid atau fluid ketika bergerak ataupun diam.
3. Persamaan Energi
Persamaan energi adalah persamaan yang digunakan untuk menganalisa setiap unsur energy yang terdapat pada suatu aliran. Dalam
persamaan energi terdapat dua jenis compressible dan incompressible. Persamaan compressible energy yaitu:
�� ��
���
�
�
�
� +
� ��
���
�
�
�
�
�
� +
� ��
���
�
�
�
�
�
� +
� ��
���
�
�
�
�
�
� =
� ��
��
��
�
��
� +
� ��
��
��
�
��
� +
� ��
��
��
�
��
� + �
�
+ �
�
+ �
�
+ � +
�� ��
2.73
Dimana : C
p
= panas jenis
T
o
= total temperature
K = konduktivitas termal
W
V
= kerja kekentalan
Q
V
= sumber panas volumetrik Φ
= kekentalan panas yang terjadi
E
k
= energi kinetik Persamaan incompressible energy yaitu:
� ��
���
�
�� +
� ��
���
�
�
�
�� +
� ��
���
�
�
�
�� +
� ��
���
�
�
�
�� =
� ��
��
�� ��
� +
� ��
��
�� ��
� +
� ��
��
�� ��
� + �
�
2.74
4. Boundary Conditions Dalam menganalisa suatu aliran fluida terdapat dua metode yang
dapat digunakan, yang pertama adalah mencari pola aliran secara detail x, y, z pada setiap titik atau yang kedua, mencari pola aliran pada
suatu daerah tertentu dengan keseimbangan antara aliran masuk dan keluar dan menentukan secara kasar efek-efek yang mempengaruhi
aliran tersebut seperti: gaya atau perubahan energi. Metode pertama adalah metode analisa diferensial sedangkan yang kedua adalah metode
integral atau control volume. Boundary conditions adalah kondisi dari batasan sebuah kontrol volume tersebut. Dalam analisa menggunakan
CFD seluruh titik dalam kontrol volume tersebut di cari nilainya secara detail, seperti yang telah di jelaskan di awal bab ini, dengan
memanfaatkan nilai-nilai yang telah diketahui pada boundary conditions. Secara umum boundary conditions terdiri dari dua macam,
inlet dan oulet. Inlet biasanya didefinisikan sebagai tempat dimana fluida memasuki domain control volume yang ditentukan. Berbagai
macam kondisi didefinisikan pada inlet ini mulai dari kecepatan, komposisi, temperatur, tekanan, laju aliran. Sedangkan pada outlet
biasanya didefinisikan sebagai kondisi dimana fluida tersebut keluar dari domain atau dalam suatu aplikasi CFD merupakan nilai yang
didapat dari semua variabel yang didefinisikan dan diextrapolasi dari titik atau sel sebelumnya. Di bawah ini salah satu contoh penerapan
boundary conditions.
Gambar 2.29 Penerapan Boundary Condition Sumber :
https:fauzanahmad.wordpress.com
51 5. Solusi dari persamaan
Setelah semua terdefinisi maka seluruh variabel yang diketahui dimasukkan kedalam persamaan dan diselesaikan menggunakan
operasi numerik. Ketika iterasi dimulai maka seluruh persamaan konservasi yang didefinisikan diselesaikan secara bersamaan secara
paralel. Disinilah peran komputer yang sebenarnya. Berikut ini flow charts dari salah satu aplikasi CFD Fluent dalam penyelesaian
persamaan.
MULAI LOOP
MENGULANGI MENYELESAIKAN
MOMENTUM – U
MENYELESAIKAN MOMENTUM - V
MENYELESAIKAN MOMENTUM - W
MENYELESAIKAN PERSAMAAN
KONSERVASI ,MENGUBAH
KECEPATAN
MENYELESAIKAN ENTALPI
MENYELESAIKAN PERBEDAAN
MENYELESAIKAN ENERGI KINETIK
TURBULEN
MENYELESAIKAN DISIPASI EDDY
MENGUPDATE SIFAT
MEMERIKSA KONVERGENSI
ULANGI KELUAR DAR
LOOP YA
TIDAK
Gambar 2.30 Flowchart simulasi CFD
Sumber : https:fauzanahmad.wordpress.com
2.12 Visual Basic 6.0
