- Memiliki kemampuan untuk studi dibawah kondisi berbahaya pada saat atau
sesudah melewati titik kritis termasuk studi keselamatan dan scenario kecelakaan.
- Keakuratannya akan selalu dikontrol dalam proses desain.
SolidWorks adalah sebuah program Computer Aided Design CAD 3D yang menggunakan platform Microsoft Windows. Dikembangkan oleh
SolidWorks Corporation, yang merupakan anak perusahaan dari Dassault Systèmes, S. A.
SolidWorks Flow Simulation merupakan salah satu feature yang ditawarkan SolidWorks untuk aplikasi Computational Fluid Dynamic CFD.
SolidWorks Flow Simulation melakukan perhitungan dan pertimbangan dari semua faktor karena perangkat lunak ini memahami bahwa geometri dan
persamaan aliran berlaku pada tiga metode konservasi: massa, momentum, dan energi konservasi energi menjadi bagian dari perhitungan termal. Dibutuhkan
waktu lebih lama untuk menghitung koefisien perpindahan panas secara manual pada setiap permukaan kontak dengan fluida disekitarnya.
2.3.1 Proses Penghitungan CFD 2.3.1.1
Prepocessor
Pada tahapan ini proses-proses yang dilakukan diantaranya adalah seperti: -
Pendefenisian geometri model untuk menjadi domain komputasi -
Pembuatan grid, pada proses ini domain dibagi-bagi menjadi sub domain yang lebih kecil
- Pendefnisian sifat-sifat fluida
- Spesifikasi kondisi yang sesuai pada cell volumeelemen kontrol yang
bersentuhan dengan batas domain. -
Pemilihan fenomena fisik dan kimia yang diperlukan untuk pemodelan
2.3.1.2 Processor
Pada tahap ini dilakukan proses penghitungan data-data input dengan persamaan yang terlibat secara iteratif. Artinya penghitungan dilakukan hingga
Universitas Sumatera Utara
hasil menuju error terkecil atau hingga mencapai nilai yang konvergen. Penghitungan dilakukan secara menyeluruh terhadap volume kontrol dengan
proses integrasi persamaan diskrit.
Proses computational mesh terdiri atas beberapa tahap diantaranya adalah: 1.
Membangun basic mesh 2.
Mendefenisikan solidfluid interface 3.
Mendefenisikan solidliquid curvature, yaitu tahapan untuk memisahkan dan menggabungkan batas solid dan liquid cells objek
4. Melakukan proses perbaikan mesh refining mesh, yaitu tahapan ini
melakukan perbaikan distribusi mesh berdasarkan kriteria yang dipilih.
Perangkat lunak SolidWorks Flow Simulation menggunakan jenis mesh rectangular untuk computational domain-nya. Rectangular computational domain
secara otomatis dibangun dan memiliki bidang batas yang ortogonal terhadap sistem koordinat kartesius.
Dalam perangkat lunak SolidWorks Flow Simulation yang digunakan, konstruksi mesh hanya menggunakan jenis mesh rectangular cells yang terdiri
dari empat tipe, yaitu: 1.
Fluid cells, yaitu mesh dalam fluida 2.
Solid cells, yaitu mesh yang terdapat pada dinding batas objek batas solid 3.
Partial cells, yaitu mesh yang sebagian daerahnya terdapat di solid cells dan sebagian lagi di fluid cell. Mesh ini dibentuk dari permukaan solid objek
dengan arah normal terhadap bidang tersebut. 4.
Irregular cells, yaitu jenis partial cell yang tidak dapat didefenisikan pada arah normal bidang.
Ilustrasi model mesh yang digunakan adalah seperti skema berikut:
Universitas Sumatera Utara
Sumber: lit. 34 hal. 2.2
Gambar 2.25
: Model original
Sumber: lit. 34 hal 2.2
Gambar 2.26 : Variasi tipe mesh komputasi
Pada tahapan ini dilakukan proses komputasi numerik dengan menggunakan salah satu dari tiga metode numerik:
- Pendekatan variabel yang diketahui menjadi fungsi yang lebih sederhana.
- Diskritisasi dengan subsitusi pendekatan kedalam persamaan yang mengatur
aliran. -
Solusi dan persamaan aljabar.
Metode Diskritasi
CFD sebenarnya mengganti persamaan-persamaan diferensial parsial dari kontinuitas, momentum dan energy dengan persamaan-persamaan aljabar. CFD
merupakan pendekatan dari persoalan yang asalnya kontinum memiliki jumlah sel tak terhingga menjadi model yang diskrit jumlah sel terhingga.
Perhitungankomputasi aljabar untuk memecahkan persamaan diferensial parsial ini ada beberapa metode metode diskritasi, diantaranya adalah:
-
Metode beda hingga finite difference method
Sebuah aplikasi penting terbatas dari perbedaan dalam analisis numerik, terutama dalam persamaan diferensial biasa dan parsial. Idenya adalah untuk
menggantikan turunan yang muncul dalam persamaan diferensial oleh perbedaan terbatas masing-masing. Metode yang dihasilkan disebut metode
beda hingga. Metode aplikasi beda hingga dalam ilmu komputer dan disiplin ilmu teknik, seperti teknik termal, mekanika fluida, dan lain-lain
Universitas Sumatera Utara
-
Metode elemen hingga finite elements method
Sebuah analisis teknik numerik untuk mendapatkan perkiraan solusi untuk berbagai jenis masalah rekayasa. Kebutuhan untuk metode numerik timbul
dari fakta bahwa bagi sebagian besar masalah-masalah teknik praktis solusi analitis tidak ada. Sementara yang mengatur persamaan dan kondisi batas
biasanya dapat ditulis untuk masalah ini, kesulitan diperkenalkan oleh baik geometri biasa atau diskontinuitas lainnya membuat masalah analitis tidak
dapat dipecahkan. Untuk mendapatkan solusi, insinyur harus membuat asumsi penyederhanaan, mengurangi masalah untuk satu yang dapat dipecahkan, atau
prosedur numerik harus digunakan. Dalam solusi analitik, kuantitas yang tidak diketahui diberikan oleh fungsi matematika yang berlaku pada jumlah tak
terbatas lokasi di wilayah yang diteliti, sementara metode53numerik memberikan nilai perkiraan kuantitas yang tidak diketahui hanya pada titik-
titik diskrit di wilayah tersebut. Dalam metode elemen hingga, daerah bunga dibagi menjadi subkawasan banyak atau elemen terhubung dalam
-
Metode volume hingga finite volume method
Metode volume terbatas adalah metode untuk mewakili dan mengevaluasi persamaan diferensial parsial dalam bentuk persamaan aljabar. Mirip dengan
metode beda hingga atau metode elemen terbatas, nilai yang dihitung di tempat-tempat diskrit pada mesh geometri. “Volume hingga” mengacu pada
volume kecil sekitarnya setiap titik node dalam mesh. Dalam metode volume terbatas, volume integral di persamaan diferensial parsial yang mengandung
istilah divergensi diubah menjadi integral permukaan, dengan menggunakan teorema divergensi. Istilah-istilah ini kemudian dievaluasi sebagai flux pada
permukaan dari masing-masing volume terbatas. Karena fluks memasukkan volume tertentu identik dengan bahwa meninggalkan volume yang berdekatan,
metode ini adalah konservatif. Keuntungan lain dari metode volume terbatas adalah bahwa hal itu mudah diformulasikan untuk memungkinkan mesh
terstruktur. Metode ini digunakan dalam banyak paket komputasi dinamika fluida.
Universitas Sumatera Utara
-
Metode element batas boundary element method
Metode element batas adalah metode komputasi numerik untuk memecahkan persamaan diferensial parsial linear yang telah dirumuskan
sebagai persamaan integral yaitu dalam bentuk integral batas. Hal ini dapat diterapkan di berbagai bidang teknik dan ilmu pengetahuan termasuk
mekanika fluida, akustik, elektromagnetik, dan mekanika keretakan fracture mechanics. Dalam elektromagnetik, istilah yang lebih umum yakni “Metode
Momen”, meskipun tidak selalu, identik dengan “Metode Elemen Batas”.
Metode diskritasi yang dipilih umumnya menentukan kestabilan dari program numerikCFD yang dibuat atau perangkat lunak yang ada. Oleh karenanya
diperlukan kehati-hatian dalam cara mendiskritasikan model khusunya cara mengatasi bagian yang kosong atau diskontinyu. SolidWorks flow simulation
snediri menggunakan metode volume hingga.
Penyelesaian simulasi CFD pada perangkat lunak SolidWorks Flow Simulation menggunakan persamaan Navier-Stokes, yang mana mengunakan
persamaan kontinuitas, persamaan momentum, dan persamaan energi untuk aliran fluida. Persamaan Navier-Stokes dinamakan dari Claude-Louis Navier dan
George Gabriel Stokes adalah serangkaian persamaan yang menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan dan gas. Persamaan-persamaan ini
menyatakan bahwa perubahan dalam momentum percepatan partikel-partikel fluida bergantung hanya kepada gaya viskos internal mirip dengan gaya friksi
dan gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena itu, persamaan Navier-Stokes menjelaskan kesetimbangan gaya-gaya yang bekerja
pada fluida.
Persamaan Navier-Stokes memiliki bentuk persamaan diferensial yang menerangkan pergerakan dari suatu fluida. Persaman seperti ini menggambarkan
hubungan laju perubahan suatu variabel terhadap variabel lain. Sebagai contoh, persamaan Navier-Stokes untuk suatu fluida ideal dengan viskositas bernilai nol
Universitas Sumatera Utara
akan menghasilkan hubungan yang proposional antara percepatan laju perubahan kecepatan dan derivatif tekanan internal.
Untuk mendapatkan hasil dari suatu permasalahan fisika menggunakan persamaan Navier-Stokes, perlu digunakan ilmu kalkulus. Secara praktis, hanya
kasus-kasus aliran sederhana yang dapat dipecahkan dengan cara ini. Kasus-kasus ini biasanya melibatkan aliran non-turbulen dan tunak aliran yang tidak berubah
terhadap waktu yang memiliki nilai bilangan Reynold kecil.
Untuk kasus-kasus yang kompleks, seperti sistem udara global seperti El Niño atau daya angkat udara pada sayap, penyelesaian persamaan Navier-Stokes hingga
saat ini hanya mampu diperoleh dengan bantuan komputer. Kasus-kasus mekanika fluida yang membutuhkan penyelesaian berbantuan komputer dipelajari dalam
bidang ilmu tersendiri yaitu mekanika fluida komputasional
Persamaan-persamaan yang akan dihitung dalam penyelesain numerik adalah -
Persamaan konversi massa atau kontinuitas Lit. 37 hal. 76 2.73
- Persamaan konservasi momentum
Untuk arah sumbu – x: Lit. 37 hal. 76 2.74
Untuk arah sumbu – y: Lit. 37 hal. 76 2.75
Untuk arah sumbu – z: Lit. 37 hal. 76 2.76
dimana: u = kecepatan searah dengan sumbu – x
Universitas Sumatera Utara
v = kecepatan searah dengan sumbu – y w = kecepatan searah dengan sumbu – z
τ = tegangan tangensial tegangan geser f = vektor gaya benda
-
Persamaan konversi energi
Lit. 4 hal.694 2.77
Dalam pendekatan sistem komputasi dan refining mesh digunakan metode cell centered finite volume FV. Penjabaran proes komputasi diintegrasikan ke dalam
satu kontrol volume grid cell, dimana nilai tengah dari grid cell dijadikan acuan proses komputasinya. Persamaan hukum konservasi energi, massa dan momentum
yang direpresentasikan ke dalam bentuk volume cell dan surface cell adalah: Lit. 35 hal. 1.47
2.78
Dengan metode diskritisasi:
2.3.1.3
Post Processor
Tahap akhir merupakan tahap post processor dimana hasil perhitungan diinterpretasikan ke dalam gambar, grafik bahkan animasi dengan pola warna
tertentu. Lit. 35 hal. 1.48
2.79
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Pengaruh Jumlah Grid terhadap Solusi Diskritasi
