pengkondisian udara untuk bangunan dan kendaraan, pembakaran di motor bakar dan sistem propulsi, interaksi berbagai objek dengan udaraair, serta aliran
kompleks pada penukar panas dan reaktor kimia Tuakia 2008. Pada dasarnya persamaan-persamaan pada fluida dibangun dan dianalisis
berdasarkan persamaan differensial parsial PDE yang merepresentasikan hukum-hukum konversi massa, momentum dan energi. Pada simulasi CFD,
pemecahan aliran fluida seperti udara digambarkan secara kuantitatif dalam besaran suhu dan kecepatan dengan bentuk persamaan differensial yang
didasarkan pada analisis numerik metode volume hingga finite volume method khususnya persamaan Navier-Stokes. Metode CFD mengandung tiga komponen
utama, yaitu: pre-processor, solver dan post-processor Versteeg dan Malalasekera, 1995.
2.4.1. Pre-processor
Komponen pre-processor merupakan komponen input dari permasalahan aliran fluida ke dalam program CFD. Komponen tersebut berfungsi sebagai
transformer input ke tahapan berikutnya dalam bentuk yang sesuai dengan
pemecahan oleh solver. Pada tahapan pre-processor dilakukan hal-hal sebagai berikut: 1 pembuatan geometri sistem yang akan dianalisis, 2 pembentukan grid
dan mesh pada setiap domain atau seluruhnya, 3 pemilihan fenomena kimia dan fisik yang dibutuhkan, 4 menentukan sifat-sifat fluida konduktivitas, viskositas,
panas jenis, massa jenis dan sebagainya, 5 menentukan kondisi batas yang sesuai dengan keperluan dinding, inlet, outlet, kecepatan, tekanan dan variabel
turbulensi, 6 sumber panas yang dikehendaki serta jenis fluida yang disimulasikan.
Ketepatan aliran dalam geometri ditentukan oleh jumlah sel di dalam grid yang dibangun. Semakin besar jumlah sel, ketepatan atau ketelitian dari hasil
pemecahan semakin baik. Mesh optimal tidak harus seragam. Perubahan mesh dapat dilakukan dengan memperhalus mesh pada bagian yang memiliki variasi
cukup besar dan membuat mesh yang kasar untuk bagian yang relatif sedikit mengalami perubahan Tuakia 2008.
2.4.2. Solver
Proses pada solver merupakan proses pemecahan secara matematika dalam CFD. Metode yang digunakan adalah volume hingga finite volume yang
dikembangkan dari metode beda hingga finite difference. Proses pemecahan matematika pada solver digambarkan sebagai diagram alir metode SIMPLE
Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation. Bentuk persamaan matematika 2 dimensi dinyatakan sebagai berikut Versteeg dan Malalasekera,
1995:
Persamaan Kekekalan Massa
Keseimbangan massa kontinuitas untuk elemen fluida dinyatakan sebagai: laju kenaikan massa dalam elemen fluida = laju netto aliran massa ke
dalam elemen terbatas.
Semua elemen fluida merupakan fungsi dari ruang dan waktu, maka massa jenis fluida
ρ ditulis dalam bentuk ρ x, y, z, t dan komponen kecepatan fluida ditulis sebagai dxdt=u, dydt=v, dan dzdt=w.
Bentuk persamaan matematis ditulis sebagai berikut:
� � �
+ � �
� = 0 1
dimana ρ adalah massa jenis fluida kgm
3
dan x, y, z adalah arah koordinat kartesian.
Persamaan Momentum
Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Stokes dalam bentuk yang sesuai dengan metode finite volume.
Momentum arah x: �
� �
+ �
� =
� �
+ �� + �
�
2
�
2
+ �
2
�
2
+ 2
Momentum arah y: �
� �
+ �
� =
� �
+ �� + �
�
2
�
2
+ �
2
�
2
+ 3
dimana μ adalah viskositas dinamik fluida kgm.s,
�
adalah percepatan
gravitasi ms
2
dan S
Mx
, S
My
, S
Mz
adalah momentum yang berasal dari body per unit volume per unit waktu, masing-masing untuk koordinat x, y, dan z.
Persamaan Energi
Persamaan energi diturunkan dari Hukum I Termodinamika yang menyatakan bahwa: laju perubahan energi partikel fluida = laju penambahan
panas ke dalam partikel fluida ditambahkan dengan laju kerja yang diberikan pada partikel
. Secara matematik dengan memasukan fungsi disipasi ditulis sebagai berikut Versteeg dan Malalasekera, 1995:
� �
� +
� �
= �
2
�
2
+ �
2
�
2
+ 2� �
�
2
+ �
�
2
+ �
� �
+
� �
2
+
�
4
dimana T adalah suhu fluida K, k adalah konduktivitas termal fluida Wm.K, dan S
i
adalah
energi yang ditambahkan per unit volume per unit waktu
.
Persamaan Kesetimbangan
Aliran fluida selalu mencari keseimbangan secara termodinamika, jika ada gangguan. Jika dihubungkan dengan variabel
dan T, maka persamaan kesetimbangan untuk tekanan P dan energi dalam i adalah sebagai berikut
Versteeg dan Malalasekera, 1995: � = ��, 5
� = ��, 6 Untuk gas ideal, dimana:
� = � dan � =
2.4.3. Post-processor
Seluruh hasil yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya akan ditampilkan dalam post-processor. Hasil yang ditampilkan dapat berupa tampilan
geometri domain dan grid, plot vektor kecepatan, distribusi sebaran suhu pada tiap-tiap titik yang dikehendaki, plot permukaan 2D, tracking trajectory partikel,
visualisasi besaran yang dikehendaki, hasil goals dan sebagainya.
