- Metode skema resolusi tinggi high resolution scheme method
Metode diskritisasi yang dipilih umumnya menentukan kestabilan dari program numerikCFD yang dibuat atau program software yang ada. Oleh
karenanya diperlukan kehati – hatian dalam cara mendiskritkan model khususnya cara mengatasi bagian yang kosong atau diskontinu.
2.4 Pengenalan Software Solver CFD
Menurut Himsar Ambarita 2010 Ada beberapa software yang digunakan dalam pengembangan kode CFD sepertiFluent, CFX, dll yaitu jenis program CFD
yang menggunakan metode volume hingga finite volume method. menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida
dengan mesh grid yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang realtif mudah. Jenis mesh yang didukung oleh adalah tipe 2D triangular-quadritelar, 3D
tetrahedral-hexahedral-pyramid-wedge, dan mesh campuran hybrid. juga memungkinkan untuk memperhalus atau memperbesar mesh yang sudah ada.
Bahasa program ditulis dalam bahasa C, sehingga memiliki struktur data yang efisien dan lebih fleksibel. juga dapat digunakan bersama dengan arsitektur
klienserver, sehingga dapat dijalankan sebagai proses terpisah secara simultan pada klien desktop workstation dan computer server. Semua fungsi yang
dibutuhkan untuk menghitung suatu solusi dan menampilkan hasilnya dapat diakses pada melalui menu yang interaktif.
Beberapa alasan menggunakan solver CFD yaitu : -
Mudah untuk digunakan -
Model yang realistik tersedia berbagai pilihan solver -
Diskritisasi meshing model yang efisien misalnya dalam GAMBIT -
Cepat dalam penyajian hasil bisa dengan parallel komputer -
Visualisasi yang mudah dimengerti
2.4.1 Struktur Program CFD
Universitas Sumatera Utara
Dalam satu paket program CFD terdapat beberapa produk, yaitu [4] : -
CFX, Fluent, dll sebagai solver -
GAMBIT, dll merupakan preprocessoruntuk membuat pemodelan dan meshing.
- Tgrid, preprocessor tambahan yang dapat membuat volume mesh dari
boundary mesh yang sudah ada. -
Filter untuk mengimpor mesh permukaan dan atau volume dari program CADCAE seperti ANSYS, CGNS, I-DEAS, NASTRAN, PATRAN dll.
Geometri dan mesh dapat dibuat menggunakan GAMBIT. Selain itu, dapat juga menggunakan Tgrid untuk membuat mesh volume triangular, tetrahedral,
atau hybrid dari mesh bidang yang sudah ada.
2.4.2 Langkah Penyelesain Masalah dan Perencanaan Analisis CFD
Secara umum diagram alir penyelesaian masalah dalam software CFD dapat dilihat pada gambar 2.13 berikut.
Gambar 2.13 Alur Penyelesaian Masalah CFD Problem Solving [4]
2.4.3 Pendekatan Numerik pada CFD
Universitas Sumatera Utara
Menurut Firman Tuakia 2008 persamaan yang digunakan dalam CFD untuk perhitungan pada penyelesaian masalah adalah menggunakan persamaan
diferensial parsial. Disamping itu, perhitungan juga digunakan untuk menganalisa model perpindahan panas, laju aliran massa, perubahan fase, reaksi kimia sebagai
proses pembakaran, model trubulensi, perpindahan mekanis semisal perputaran poros, deformasi dari struktur pejal, dan lain sebagainya.
Untuk mendapatkan persamaan dasar proses aliran fluida, filosofi berikut selalu diikuti :
a. Memilih prinsip fisika dasar dari hukum–hukum fisika Hukum Kekekalan
Massa, Hukum Kedua Newton, Hukum Kekekalan Energi . b.
Menerapkan prinsip-prinsip fisika di dalam model aliran maupun reaksi pada aliran fluida.
Dari penerapan, diuraikan persamaan matematis yang meliputi prinsip- prinsip dasar fisika.
2.4.4 Persamaan Pembentuk Aliran
Pemodelan dengan metode komputasi pada dasarnya menggunakan persamaan dasar dinamika fluida,momentum, dan energi. Persamaan-persamaan
ini merupakan pernyataan matematis untuk tiga prinsip dasar fisika : 1.
Hukum Kekekalan Massa The Conservation of Mass 2.
Hukum Kekekalan Momentum The Conservation of Momentum sebagai interpretasi dari hukum kedua Newton Newton’s Second Law of Motion
3. Hukum kekekalan Energi The Conservation of Energy
1. Hukum Kekekalan Massa The Conservation of Mass Konsep utama hukum ini adalah laju kenaikan massa dalam volume kontrol
adalah sama dengan laju net aliran massa fluida ke dalam elemen batas. Secara sederhana dapat ditulis.
2.17
Universitas Sumatera Utara
Secara umum hukum kekekalan massa The Conservation of Mass 3 dimensi dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.
2.18
Gambar 2.14 Hukum Kekekalan Massa pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi [4]
2. Hukum Kekekalan Momentum The Conservation of Momentum Hukum kekekalan momentum ini merupakan interpretasi dari hukum ke-2
Newton arah sumbu-x yaitu : 2.19
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Hukum Kekekalan Momentum Arah Sumbu-x pada Sebuah Elemen Fluida 3 Dimensi [4]
Secara umum hukum kekekalan momentum The Conservation of Momentum arah sumbu-x 3 dimensi dapat ditulis dengan persamaan sebagai
berikut.
2.20
Dengan cara dan bentuk yang sama persamaan kekekalan momentum 3 dimensi arah sumbu-y dan arah sumbu-z dapat ditulis dengan persamaan sebagai
berikut.
2.21
dan
2.22
3. Hukum kekekalan Energi The Conservation of Energy Hukum ini merupakan aplikasi dari hukum ketiga fisika termodinamika
yaitu laju perubahan energi dalam suatu elemen adalah sama dengan jumlah net
Universitas Sumatera Utara
fluks panas yang masuk ke dalam elemen dan kerja yang dikenakan pada elemen tersebut. Pernyataan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan :
2.23
Gambar 2.16 Kerja yang Dikenakan pada Sebuah Elemen Arah Sumbu-x [4]
Gambar 2.17 Fluks Panas yang melintasi permukaan sebuah elemen [4]
Secara umum kerja yang dikenakan arah sumbu-x, sumbu-y dan sumbu-z dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut.
Universitas Sumatera Utara
2.24a
2.24b
2.24c
Sedangkan persamaan fluks Panas yang melintasi permukaan sebuah elemen dapat ditulis dengan persamaan.
2.25
Dengan mensubstitusi persamaan 2.22 dan 2.23 ke dalam persamaan 2.21 di atas akan diperoleh sebuah persamaan 2.24 untuk hukum kekekalan
energi di mana i, j, k = 1, 2, 3 yang menunjukkan arah sumbu-x, -y, dan –z.
2.26
Di mana Φ adalah fungsi dissipasi dengan bentuk sebagai berikut.
2.27
2.4.5 Metode Diskritisasi pada CFD
