2 Kondisi batas wall dan periodic
- Wall ; kondisi batas ini digunakan sebagai dinding aliran fluida dalam
saluran, kondisi batas ini diberikan pada permukaan sudu. -
Periodic ; kondisi batas ini mendefinisikan bahwa terjadi daerah yang berulang untuk sudu-sudu disebelahnya sehingga tidak perlu membuat
domain komputasi untuk keseluruhan model 1 lingkaran penuh
Gambar 4.9 Kondisi batas nosel-rotor
4.9 Kasus yang Disimulasikan
Secara umum kasus yang ingin disimulasikan adalah aliran fluida yang keluar melalui nosel kemudian masuk sudu gerak turbin. Berdasarkan prosedur
dan parameter pada analisa tahap awal, maka dikembangkan beberapa kasus. Simulasi yang dilakukan meliputi :
1 Simulasi profil sudu
Simulasi pertama yang dilakukan adalah simulasi pada profil sudu, yaitu mensimulasikan pengaruh kecepatan aliran uap dengan sudut masuk yang
telah ditentukan pada sudu. Tujuannya adalah untuk mengetahui karakteristik aliran pada sudu dan koefisien drag dan lift pada sudu.
Universitas Sumatera Utara
2 Simulasi kondisi steady-state
Simulasi dilakukan pada hubungan sudu pengarah pada kondisi steady. Dan dengan kondisi tanpa terjadi perpindahan rotor. Dengan simulasi ini
diharapkan karakteristik aliran antara kedua sudu dan pengaruhnya dapat diketahui.
3 Simulasi model turbulensi
Simulasi dilakukan untuk mengetahui pengaruh dan karakteristik aliran turbulen pada sudu. Dalam hal ini model turbulensi yang digunakan adalah
k-epsilon dengan pilihan Standard dan Realizable. Dimana tujuaannya untuk mendapatkan hasil yang cukup akurat dan efisien.
4.10 Prosedur Simulasi
Dalam tahapannya, prosedur simulasi dibagi dalam empat tahapan simulasi. Dengan adanya beberapa kali simulasi, maka beberapa tahapan dibawah
ini diulang untuk tiap simulasi. Simulasi dibagi dalam 4 tahap penting, yaitu : 1
Membuat geometri turbin dengan Auto CAD 2
Membuat mesh sebagai domain komputasi dengan GAMBIT 3
Memasukkan parameter simulasi dan menjalankan solver dengan CFD FLUENT
4 Melihat hasil simulasi dengan CFD FLUENT
4.10.1 Membuat Geometri Sudu Turbin dengan Auto CAD dan GAMBIT
Untuk mendapatkan hasil perhitungan yang akurat, maka domain perhitungan juga harus dibuat sedekat mungkin dengan keadaan sebenarnya.
Mesh sebagai domain perhitungan dibuat dengan acuan geometri, oleh karena itu tahap pembuatan geometri juga sangat menentukan keakuratan hasil.
Data awal yang didapat adalah parameter kondisi operasional, yang mana dilakukan analisa untuk mendapatkan ukuran-ukuran utama. Selanjutnya, dari
ukuran yang didapat digambar dalam Auto CAD untuk memudahkan pembuatan model.
Untuk tahap lebih lanjut, pengambilan tiap-tiap titik pada gambar Auto CAD kemudian memasukan tiap titik pada GAMBIT.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.10 Domain komputasi sudu pengarah dengan sudut arah masuk nosel
4.10.2 Membuat Mesh Sebagai Domain Komputasi di GAMBIT
Tujuan dari tahap ini adalah menghasilkan mesh sebagai domain perhitungan. Perangkat lunak yang digunakan adalah GAMBIT, perangkat lunak
ini menyediakan fitur pembuatan meshgrid secara otomatis. Berikut ini langkah umum pembuatan mesh di GAMBIT :
1 Membuat geometri face, dari garis atau edge. Perintah yang digunakan
adalah create face from wireframe. Face yang dibentuk terdiri dari dua bagian, yaitu domain dan sudu maka lakukan perintah subtract real faces,
untuk mejadikannya satu bagian. 2
Membuat mesh-garis edge, yaitu garis pada masing-masing bidang, dengan pola-mesh grading satu sisi single sided mesh dengan ratio =
0,5 dan jarak antar-mesh spacing yang digunakan adalah interval count. 3
Membuat mesh-bidang face, yaitu bidang permukaan yang sisinyaedge telah dibuat mesh sebelumnya. Elemen mesh-bidang adalah segitiga Tri
dan tipe mesh-bidang atau skema scheme adalah Pave. 4
Mendefinisikan kondisi batas specify boundary types, perintah ini digunakan untuk mendefinisikan kondisi batas pada model yang dibuat.
Langkah-langkah yang digunakan untuk menentuka kondisi batas sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
- untuk model 2D, entity yang diberi kondisi batas adalah garis
- memilih kondisi batas untuk zona tersebut, yaitu velocity inlet, out
flow, dan wall -
Memberi nama pada zona yang telah dipilih. 5
Mengimport mesh yang delah dibuat dalam format file .msh.
Gambar 4.11 Mesh profil sudu gerak
Gambar 4.12 Mesh domain komputasi nosel
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.13 Mesh domain komputasi sudu gerak baris rotor
4.11 Memasukkan Parameter Simulasi dan Menjalankan Software CFD
FLUENT
Perangkat lunak CFD Computational Fluid Dynamics yang digunakan dalam skripsi ini adalah FLUENT. Adapun langkah-langkah dalam penggunaan
CFD untuk simulasi kondisi steady adalah sebagai berikut : 1
Grid. Pada langkah ini, mengimport grid yang telah dibuat terlebih dahulu pada software GAMBIT.
2 Models. Memilih pemodelan jenis yang digunakan untuk solver yaitu
pressure based coupled, 2D, steady, implicit. Dan untuk model viscous yaitu k-epsilon 2qn dengan pilihan Satandard dan Realizable untuk
perbandingan simulasi. 3
Materials. Jenis material fluida yang digunakan adalah Novec 649 vapor Novec 649. Properties termodinamik fluida yang di masukan di sesuaikan
dengan keadaan fluida kerja keluar dari nosel yaitu : Keadaan uap Novec 649 pada suhu
Kerapatan ρ
= 40,24152 Kalor jenis
= 1010,383 Konduktivitas termal k
= 0,07163 Viskositas dinamik
μ = 1,342
×
Universitas Sumatera Utara
4 Operating Condition. Perkiraan kondisi daerah operasi yang biasanya
merupakan perkiraan tekanan pada daerah operasi, di set sebesar 101325 Pascal.
5 Boundary Condition. Merupakan penentuan parameter-parameter dan
batasan yang mungkin terjadi pada aliran. Kondisi batas inlet menggunakan velocity Inlet = 81,776
. Temperature Inlet = 88,064 C,
pilihan Direction Specification Method adalah Direction Vector, pilihan Turbulence Specification Method adalah Intensity and Hydraulic Diameter
dengan nilai berturut-turut 10 dan 6,443 mm. Sedangkan kondisi batas outlet menggunakan Total Pressure Outlet = 144700 Pa, temperature
backflow = 60 C, dan pilihan Turbulence Specification Method adalah
Intensity and Hydraulic Diameter dengan nilai berturut-turut 10 dan 30 mm.
6 Solution. Merupakan tahap penyelesaian masalah berupa proses iterasi,
dalam tahap ini skema interpolasi diskritisasi untuk momentum. Postprocessing. merupakan penampilan hasil serta analisa terhadap hasil yang
telah diperoleh.
4.12 Melihat hasil simulasi dengan CFD FLUENT
