dengan tensor tegangan viskos pada elemen :
=
2.27
Dengan mensubtitusikan persamaan 2.17 dan 2.19, diperoleh persamaan differensial momentum dasar untuk sebuah infinitesimal elemen:
ρg - ∇p
- . =
2.28 dimana :
+
+v + w =
2.29 Setiap komponen pada persamaan momentum 2.45 memiliki Sembilan
komponen masing-masing, dijabarkan dalam bentuk : ρg
x
=
−
+
+
+ = ρ
+v + w
ρg
x
=
−
+
+
+ = ρ
+v + w
ρg
x
=
−
+
+
+ = ρ
+v + w
2.30
C. Persamaan Navier – Stokes
Tegangan geser pada elemen fluida Newtonian : τ
xx
= 2μ
,
τ
yy
= 2μ
,
τ
zz
= 2μ
τ
yx
= τ
xy
= μ
+
,
τ
xz
= τ
xz
= μ
+
2.31 τ
yz
= τ
zy
= μ
+
dengan mensubtitusi persamaan 2.31 ke persamaan momentum 2.30 akan membentuk persamaan Navier - stokes untuk aliran inkompresibel :
ρg
x
−
+
2 2
+ +
= ρ
ρg
x
−
+
+ +
= ρ
2.32 ρg
x
−
+
2 2
+ +
= ρ
D. Persamaan energi
Aplikasi Transformasi reynold pada hukum termodinamika pertama, dengan B adalah energi E, dan energi per unit massa
β = dEdm persamaan transformasi reynold untuk energi adalah :
+ =
=
∫
+
∫
.
2.33 Dengan positif Q sebagai panas yang masuk kedalam system dan positif W
sebagai kerja yang dihasilkan dari system. Energi yang terdapat didalam sistem terbagi beberapa tipe, seperti :
e
sistem
= e
internal
+ e
kinetik
+ e
potensial
+ e
lain-lain
2.34 energi lain-lain yang dapat berupa hasil dari reaksi kimia, reaksi nuklir, dan efek
elektrostatik dan elektromagnetik dapat diabaikan, sehingga :
e
sistem
= u + ½ v
2
+ gz
2.35 persamaan energi pada kontrol volume :
̇
+
̇
=
∫
+
∫
.
2.36 Jika ̇
= 0 ; ̇
+
̇
= +
+ +
2.37
= +
;
̇
+
̇
= +
.
∇
+
∇
.
2.38 Dimana untuk nilai Q, pengaruh radiasi diabaikan dan diasumsikan hanya
perpindahan panas konduktif yang terjadi pada elemen fluida. q = - k
∇T 2.39
aliran panas pada elemen fluida :
face Inlet heat flux
Outlet heat flux x
y z
[q
x
dydz] [q
y
dxdz] [q
z
dxdy] [q
x
+ q
x
]dydz [q
y
+ q
y
]dxdz [q
z
+ q
z
]dxdy Tabel 2.3. Heat Fluks pada sistem volume kendali [5]
Maka net panas :
̇
=
−
+ +
=
−∇
.
2.40
̇
=
∇
.
∇
2.41 Akumulasi
̇
pada elemen fluida ; Pada sumbu x
̇
=
̇
= ,
=
−
+ +
2.42 net
̇
pada elemen fluida
:
̇
=
−
+ +
+ +
+ +
+ +
=
−∇
.
2.43 Sehingga diperoleh bentuk umum persamaan differensial energi :
+ .
∇
+
∇
. =
∇
.
∇
+
∇
.
2.44 Jika,
∇
. =
∇
. +
2.45 Dengan;
= [ 2
+ 2 + 2
+ +
+ +
+ +
2.46 Persamaan diferensial energi menjadi :
+
∇
. =
∇
.
∇
+
ϕ 2.47
E. Finite Volume Discretization
Persamaan momentum 2.32 dapat ditulis dengan ketentuan teorema transport dalam bentuk integral sebagai berikut :
∫ Ω
+
∫
.
̅
=
∫ Γ∇
.
̅
+
∫ Ω
2.48 dS adalah differensial perubahan CV
ϕ yang memiliki kecepatan dalam arah sumbu x, y, dan z, yaitu u, v, dan w . suku I dikenal dengn suku transien, suku II
dikenal dengan suku konveksi, suku III dikenal dengan suku difusi, dan susku IV dikenal dengan suku source term.
Pada mesh, suku konveksi didekati dengan persamaan :
∫
.
̅
=
∫
.
2.49 Parameter C
si
adalah flux massa melewati permukaan pada kontrol volume.
= +
2.50 Variable u
si
dan S
xi
merupakan komponen kecepatan pada permukaan ke-I pada kontrol volume. Nilai
pada permukaan adalah dapat didekati dengan
persamaan orde dua.
=
∇
,
̅ ∇
,
̅
2.51 Vektor
̅
dan
̅ merupakan vektor dari pusat CV kepermukaan. C
o
merupakan posisi tengah dari kontrol volume, dan C
i
dari tetangga ke-i. Suku difusi dapat didekati denagn persamaan berikut :
∫ Γ∇
.
̅
=
∫ Γ
.
̅
=
∑ Γ
2.52 merupakan turunan
dalam arah normal pada permukaan. Nilai tersebut didekati dengan persamaan berikut :
= =
∇
.
̅ ∇
.
̅
2.53 Dimana
ℎ merupakan penjumlahan jarak dari
ℎ dan
ℎ .
Dengan memasukkan persamaan 2.59 ke persamaan 2.60, diperoleh :
Γ∇
.
̅
=
Γ
S
ℎ
− ∑
+
∑ ∇
.
̅ −
.
̅ ∇
2.54
Untuk persamaan momentum dalam arah sumbu x, nilai q pada source term pada persamaan 2.64 adalah
. Suku tersebut dapat disederhanakan dengan menggunakan transformasi green sebagai berikut :
∫
Ω
Ω
=
− ∫
=
∑
=
−
2.55 Bentuk transient dinyatakan :
Ω
=
Ω
o
Δ
t
φ
o
−
Ω
o
Δ
t
φ
o n
−
1
2.56 Dimana nilai n-1 digunakan pada langkah sebelumnya. Dengan menggunakan
bentuk secret diatas, bentuk persamaan transport menjadi :
=
∑
+
3 = 1
Ω
o
Δ
t
φ
o n
−
1
−
+ +
2.57 Dimana :
=
∑
[| , 0|]
+
3 = 1
2.58
=
Ω
o
Δ
t
∑
[| , 0|]
+
3 = 1
2.59 Suku source term untuk suku difusi dan konveksi adalah :
=
∑
∇ .
̅
∇ .
̅
2.60 Bentuk sumber difusi dan konveksi adalah :
=
∑
Γ
si
S
si
ℎ
−
∇
.
̅
−
−
.
∇
̅
−
2.61
=
∑
[ |
, 0
|]
∇
.
̅ −
[
−
|
, 0
|]
∇
.
̅
2.62 Pada persamaan 2.61 dan 2.62 diatas,
adalah koefisien pada bentuk ke –i dan S
i
adalah nilai vektor, dan menotasikan komponen vector yang parallel
dengan .
F. Persamaan Koreksi Tekanan
