Efisiensi Pemanasan TEORI PENGERINGAN

16 H. COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS CFD CFD dapat dibagi menjadi dua kata-kata, yaitu “computational” yang berarti segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metoda numerik atau komputasi, dan “fluid dynamics” yang berarti dinamika dari segala sesuatu yang mengalir. Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yang mengalir. Secara definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan- persamaan matematika Tuakia 2008. Sebuah perangkat lunak CFD memberikan kekuatan untuk mensimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer. Perangkat lunak ini dapat membuat virtual prototipe dari sebuah sistem atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan; CFD akan memberikan data-data, gambar-gambar, atau kurva-kurva yang menunjukkan prediksi dari informasi keandalan sistem yang didesain. Hasil analisis CFD sering berupa prediksi kualitatif meski terkadang kuantitatif tergantung dari persoalan dan data yang dimasukkan Tuakia 2008. Pada umumnya terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan dalam simulasi CFD, yaitu pre- processing, solving, dan postprocessing. Preprocessing merupakan langkah pertama dalam membangun dan menganalisis sebuah model CFD. Teknisnya adalah membuat model dalam paket CAD Computer Aided Design, membuat mesh yang sesuaicocok, kemudian menerapkan kondisi batas dan sifat-sifat fluidanya. Solvers program inti pencari solusi CFD menghitung kondisi-kondisi yang diterapkan pada saat preprocessing. Postprocessing adalah langkah terakhir dalam analisis CFD. Hal yang dilakukan pada langkah ini adalah mengorganisasi dan menginterpretasi hasil simulasi CFD yang bisa berupa gambar, kurva, dan animasi Tuakia 2008. Adapun prosedur berikut terdapat pada semua pendekatan program CFD, yaitu: 1. Pembuatan geometri dari modelproblem. 2. Bidang atau volume yang diisi oleh fluida dibagi menjadi sel-sel kecil meshing. 3. Pendefinisian model fisiknya, misalnya persamaan-persamaan gerak, entalpi dan konservasi spesies zat-zat yang didefinisikan, biasanya berupa komponen dari suatu reaktan. 4. Pendefinisian kondisi-kondisi batas, termasuk di dalamnya sifat-sifat dan perilaku dari batas-batas modelmasalah. Untuk kasus transien, kondisi awal juga didefinisikan. 5. Persamaan-persamaan matematika yang membangun CFD diselesaikan secara iteratif, bisa dalam kondisi tunak atau transien. 6. Analisis dan visualisasi dari solusi CFD. Menurut Anderson 1995 persamaan-persamaan yang digunakan dalam proes numerik meliputi persamaan kontinuitas, persamaan gerakan, dan persamaan energi yang dapat digunakan untuk menentukan persamaan diferensial pada aliran fluida atau panas dengan didasari pada hukum kekekalan massa dan energi. 1. Kekekalan massa 3 dimensi steady state Semua persamaan diferensial dasar gerak fluida dapat diturunkan dengan meninjau neraca massa pada elemen volume kontrol dalam sistem yang letaknya tetap yang dilalui oleh fluida tersebut. Neraca massa pada elemen volume dapat dituliskan dalam bentuk sebagai berikut. [laju perubahan massa dalam sistem]= [laju massa masuk sistem]-[laju massa keluar sistem] Dalam bentuk matematis dapat ditulis sebagai berikut: