NASKAH PUBLIKASI KARYA ILMIAH Simulasi Perilaku Aerodinamika Dalam Kondisi Steady Dan Unsteady Pada Mobil Menyerupai Toyota Avanza Dengan CFD.

(1)

NASKAH PUBLIKASI

KARYA ILMIAH

SIMULASI PERILAKU AERODINAMIKA DALAM KONDISI

STEADY

DAN

UNSTEADY

PADA MOBIL MENYERUPAI

TOYOTA AVANZA DENGAN CFD

Disusun Untuk Memenuhi Tugas dan Syarat - Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjan Teknik (S1) Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

MUHAMMAD RIDWAN NOFIANTO

D 200 090 102

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

Simulasi Perilaku Aerodinamika Dalam Kondisi

Steady

Dan

Unsteady

Pada Mobil Menyerupai Toyota Avanza Dengan CFD

Muhammad Ridwan Nofianto, Sarjito, Nur Aklis Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. Ahmad Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasuro

e-mail: ridwannofianto@yahoo.com

ABSTRAKSI

Pada penelitian ini menguraikan suatu fenomena kondisi aliran

steady dan unsteady disekeliling bodi mobil yang dibuat dan dianalisa

secara komputasi dengan menggunakan program software berbasis CFD

(Computational Fluid Dynamics). Model mobil Avanza terpilih untuk

melakukan penelitian ini, Dua mobil model A dan model B didesain

dengan perbedaan bagian depan bodi (front end body) dengan

menggunakan software solidworks 2012 kemudian disimulasikan

menggunakan software Ansys 14.5-CFX, suatu paket yang menyatu

dengan paket CFD.

Desain dari kedua model dibandingkan untuk mengetahui

perbedaan besarnya koefisien drag (C

), koefisien lift (C

), distribusi

tekanan, distribusi kecepatan dan perilaku karakter aliran di sekitar

belakang mobil pada awal kondisi aliran steady. Model dibuat dalam skala

yang sesuai dimaksudkan untuk melihat perilaku aliran baik di depan

maupun di belakang mobil dalam rentang waktu yang berbeda-beda pada

kondisi unsteady. Dari hasil analisis yang diperoleh dari parameter

geometri dengan perbedaan bentuk bagian depan bodi mempunyai peran

yang penting di dalam perilaku aerodinamika kendaraan.

Dari hasil simulasi yang diperoleh dari paket CFD pada

masing-masing mobil model A dan model B didapatkan koefisien drag (C

)

sebesar 0.531 dan 0.495, itu membuktikan penurunan koefisien drag (C

)

sebesar 6.78%. untuk koefisien lift (C

) pada masing-masing model

sebesar 0.0396 dan 0.0202, itu membuktikan penurunan koefisien lift (C

)

sebesar 48.99%. pada hasil distribusi tekanan dan kecepatan relative

sedikit berpengaruh pada bagian upper dan lower surface. Dengan

perubahan geometri membuktikan bahwa mobil model B lebih

aerodinamis dibanding model A.

Kata Kunci: Mobil Avanza, koefisien Drag, koefisien Lift, distribusi

tekanan, distribusi kecepatan, Aerodinamis, CFD.

(4)

A. PENDAHULUAN 1. LATAR BELAKANG

Pada dasarnya semua fenomena aerodinamis yang terjadi pada kendaraan mobil disebabkan adanya gerakan relative dari udara disepanjang bentuk body mobil. Streamline adalah garis-garis yang dibuat sedemikian rupa di dalam medan kecepatan, sehingga setiap saat garis-garis tersebut akan searah dengan aliran disetiap titik di dalam medan aliran tersebut. Dengan demikian, streamline akan membentuk pola aliran udara pada sekeliling mobil.

Streamline pada jarak jauh pada mobil akan membentuk pola yang sejajar dan tidak terganggu sedangkan streamline yang disekitar mobil akan mempunyai pola aliran yang sangat kompleks dikarenakan bentuk kendaraan itu sendiri sehingga disekeliling mobil akan terdapat daerah gangguan aliran udara. Dapat disimpulkan bahwa gerakan dari partikel yang terletak jauh dari kendaraan akan memiliki kecepatan relatif sama dengan kecepatan mobil. Sedangkan daerah gangguan disekeliling mobil memiliki kecepatan relative dari partikel sangatlah bervariasi, lebih besar atau lebih kecil dari kecepatan aktual kendaraan.

Salah satu kontruksi mobil yang masih sulit ditentukan sepenuhnya secara analitis adalah gaya-gaya tahanan aerodinamis pada mobil meskipun solusi yang dikatakan tergolong maju telah dibuat akhir-akhir ini dalam metode komputasi (CFD). Hal ini, masih menyisakan sesuatu yang tidak mungkin diprediksikan dengan metode ini. Karena ketidakakuratan untuk membuat keputusan ini masih bisa dipertimbangkan.

Tugas akhir ini dimaksudkan untuk menginvestigasikan suatu permasalahan dari besarnya gaya tahanan aerodinamika dan karakteristik aliran aerodinamika pada sekitar kendaraan mobil menyerupai toyota avanza dengan perbedaan bentuk pada bagian depan (front end body) mobil dengan menggunakan metode komputasi (CFD).

2. TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian ini menganalisis perilaku aerodinamis mobil menyerupai toyota avanza dengan perbedaan bentuk bagian depan (front end body) mobil untuk memperhitungankan besarnya coefficient drag (CD), dan coefficient lift (CL) . Untuk disimulasikan pada kondisi steady dan unsteady.

Karakteristik kontur aliran udara kendaraan pada sekitar mobil akan dipelajari secara rinci untuk mengetahui distribusi kecepatan dan distribusi tekanan yang memiliki peran penting pada wilayah ini dalam pembentukan drag dalam simulasi baik steady maupun transient dengan menggunakan computational Fluid Dynamics (CFD).

B. KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 1. KAJIAN PUSTAKA

Ahmad, H.N & Heru Mirmanto (2012), dalam penelitian melakukan studi

numerik karakteristik aliran 3 dimensi di sekitar bodi modifikasi sapuangin

urban concept dengan rasio ground clearance terhadap panjang model (C/L) 0.048, proses simulasi menggunakan software Fluent 6.3.26. pada mobil

(5)

dilakukan modifikasi dibagian leading edge, rear end, dan penambahan

diffuser bawah belakang mobil. Dari penelitian dapat diketahui karakteristik aliran 3D disekitar bodi sapuangin urban concept, baik bodi standar ataupun modifikasi. Dari hasil postprocessing menunjukan bahwa bodi modifikasi terbukti lebih aerodinamis dengan nilai CD sebesar 2.6, yang lebih rendah

4.7% dibandingkan CD bodi standar sebesar 2.73.

Abdul Azis & Ismoyo Haryanto (2011), dalam studinya melakukan analisa pengaruh kemiringan kaca belakang mobil terhadap karakteristik aerodinamis mobil sedan, proses simulasi menggunakan software Fluent 6.3.26. pada proses simulasi menentukan pengaruh variasi sudut kaca belakang mobil dengan koefisien tahanan . dari hasil yang diperoleh bahwa semakin kecil sudut kaca belakang mobil maka semakin kecil pula koefisien tahanannya. Jadi pengecilan sudut kaca belakang mobil sedan dapat berfungsi untuk mereduksi koefisien tahanan.

2. LANDASAN TEORI a. Koefisien Lift

Koefisien Lift adalah gaya resultan yang tegak lurus terhadap arah kecepatan hulu (upstream).

C

=

...(1)

Dimana: CL= Coefficient Lift L= Gaya Lift (N)

V= Kecepatan Udara (m/s)

ρ= Densitas Udara (Kg/m3) A= Frontal Area (m2) b. Koefisien Drag

Koefisien Drag adalah bilangan yang menunjukkan besar kecilnya tahanan fluida yang diterima oleh suatu benda. Harga koefisien drag yang kecil menunjukkan hambatan fluida yang diterima benda saat berjalan adalah kecil, dan begitu juga sebaliknya.

C

=

... (2)

Dimana: CD= Coefficient Drag L= Gaya Drag (N)

V= Kecepatan Udara (m/s)

ρ= Densitas Udara (Kg/m3

) A= Frontal Area (m2)

C. METODOLOGI PENELITIAN

1. Langkah-Langkah Simulasi Komputasi CFD

Dalam peneliatian ini, diagram alir proses simulasi kondisi steady dan unsteady dilaksanakan melalui beberapa tahap sebagai berikut:

(6)

Diagram 1: Diagram Alir Simulasi

Pada simulasi komputasi CFD digunakan software Ansys CFX- 14.5 dengan menggunakan mesh yang tidak struktur, yang merupakan kontribusi besar untuk ketahanan numerik dan fleksibilitas geometris. Diantara pemodelan turbulensi yang berbeda sudah tersedia dalam paket ANSYS CFX, dan pemodelan yang terpilih untuk pengujian ini adalah model SST (shear stress transport). Karena sudah teruji handal untuk menggambarkan fenomena lapis batas dekat dinding dibandingkan dengan model yang lain.

D. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Simulasi Kondisi Steady (Mantap)

Simulasi dalam kondisi aliran mantap (steady state) menurut definisi adalah aliran yang terjadi dititik manapun bila kondisi seperti kecepatan, tekanan, dan kondisi lintasan partikel didalam fluida yang kondisinya tidak berubah terhadap waktu dan kondisi steady diasumsikan telah tercapai setelah interval waktu yang relative lama. Oleh karna itu kondisi steady tidak memerlukan informasi real time untuk menggambarkan kondisinya. Dibagian tahapan simulasi di penggenarasian grid didapatkan hasil proses meshing

sebagai berikut:

a. Hasil Kontur Distribusi Tekanan

Gambar 1 dan gambar 2 menunjukan kontur distibusi tekanan pada kedua model mobil pada body dan symmetry plane sebagai landasannya dengan nilai 0 sampai -200 (Pa) sebagai batasan yang dipilih. Dibagian kontur membagi tekanan negatif adalah nilai yang terendah dengan daerah yg berwarna biru dan tekanan positif adalah nilai yang tertinggi dengan daerah yang berwarna merah dan sisanya adalah distribusi tekanan negatif. Pada kedua gambar dapat disimpulkan dari masing-masing kedua model, distribusi tekanan negative terlihat pada bagian sisi kanan dan kiri mobil akibat bentuk yang tegak lurus terhadap aliran mengakibatkan terjadinya buble separation dan distribusi tekanan positif yang tertinggi terlihat pada bagian bemper bagian depan, kap mesin depan, kaca depan mobil, dan bagian bawah body belakang. Tetapi dari kedua model tersebut yang paling berbeda adalah bagian depan mobil. Ini bisa dilihat pada kontur berwarna merah lebih banyak tekanan pada mobil AVANZA (B) dari pada AVANZA (A) dikarenakan sudut yang lebih tajam mengakibatkan aliran udara langsung menabrak permukaan.

(7)

Gambar 1: Kontur tekanan mobil Gambar 4.2: Kontur tekanan mobil AVANZA A AVANZA B

b. Hasil Kontur Distribusi Kecepatan

Gambar 3 dan gambar 4 menunjukan kontur kecepatan pada kedua model mobil AVANZA dengan bidang plane Y, Z dan bidang palne X, Z. Dari data yang didapat dari hasil simulasi ini menunjukan bahwa kontur kecepatan dari kedua model tersebut tidak terlalu banyak berbeda, terlihat dari ujung depan mobil kontur kecepatan yang berwarna biru sebesar 0 km/h terjadi karena laju kecepatan angin yang rendah pada titik stagnasi, hal ini terjadi karena pada titik tersebut terdapat suatu tahanan angin, bentuk dari ujung depan mobil yang cenderung tegak lurus tanpa ada lekukan kemiringan dapat mengakibatkan gaya hambat laju kecepatan angin yang besar.

Gambar 3: kontur kecepatan mobil Gambar 4: kontur kecepatan mobil Avanza A Avanza B

(8)

c. Hasil Pola Aliran Vector

Pada hasil kesimpulan ini membahas tentang aliran vector yang terjadi pada daerah belakang mobil. Gambar 5 menunjukan vector kecepatan pada bidang plane X,Y. Bisa dilihat pada garis lingkaran merah, terjadi pusaran dikedua ujung bawah disisi kanan dan kiri. ini terjadi akibat tekanan rata-rata pada permukaan bawah lebih besar dari pada permukaan atas. Perbedaan tekanan ini akan menyebabkan beberapa bagian fluida berusaha untuk berpindah dari permukaan bawah kepermukaan atas, Pada saat besamaan fluida yang tersapu kehilir akan memebentuk pusaran ujung (trailing vortex). Gambar 6 menunjukan vector kecepatan pada bidang plane Z, X. pada hasil tersebut disimpulkan bahwa bidang ini jelas menunjukan adanya pusaran vortex yang berputar saling berlawanan pada kedua sisi, diakibatkan aliran separasi yang mengalir kehilir membentuk turbulen yang besar dikarenakan aliran fluida tidak dapat mengalir mengikuti bentuk dari permukaan mobil.

Gambar 5: Vektor kecepatan pada Gambar 6: Vektor kecepatan pada bidang plane X, Y bidang plane Z, X

d. Hasil Pola Aliran Streamline

Gambar 7 menunjukan aliran streamline 3D di sekitar mobil, terlihat bahwa separasi aliran terjadi pada belakang mobil AVANZA yang mengakibatkan adanya aliran balik sehingga olakan (wake) terbentuk.

Gambar 7: Aliran streamline 3D di sekitar mobil AVANZA

Separasi aliran terjadi karena fluida tidak dapat mengalir mengikuti bentuk permukaan AVANZA. Struktur olakan yang terbentuk pada

(9)

bagian belakang AVANZA, selain disebabkan oleh separasi aliran juga dipengaruhi oleh adanya vortex longitudinal yang muncul pada bagian tepi samping dan sisi belakang mobil AVANZA yang disebabkan karena adanya perbedaan kecepatan aliran antara daerah olakan dan daerah samping.

e. Perhitungan Drag Coefficient, dan Lift Coefficient

2. Hasil Simulasi Kondisi Unsteady (Tak Mantap)

Simulasi unsteady memerlukan informasi yang real time untuk menentukan waktu interval dimana ANSYS CFX-Solver menghitung medan aliran. Perilaku transien dapat disebapkan oleh kondisi batas yang awalnya

(10)

berubah aliran, seperti pada start-up, atau bisa secara interen terkait dengan karakteristik aliran, sehingga kondisi steady yang tidak pernah tercapai, bahkan ketika semua aspek lain dari kondisi aliran tidak berubah. Banyak aliran, khususnya disebapkan oleh daya apung, tidak perlu dengan solusi

steady state, dan dapat menunjukan perilaku cyclic (berhubungan dengan putaran).

Perilaku yang bergantung pada waktu untuk simulasi transien ANSYS CFX yang ditentukan melalui timestep dan durasi waktu. Pilihan timestep

menyediakan cara bagi ANSYS CFX untuk melacak kemajuan real time

selama simulasi, sedangkan waktu durasi adalah batasan waktu yang ditentukan pengguna pada lamanya simulasi real time dengan proses menjalankannya.

Daftar timestep ini dimana interval real time yang sebenarnya ditetapkan, dimana ANSYS CFX-Solver memecahkan suatu medan aliran. Timestep yang dipilih harus perlu didasarkan pada skala waktu dari perilaku transien bahwa untuk menyelesaikan dalam simulasi aliran. bisa dilihat pada tabel 1 menunjukan variable yang dipilih dalam studi simulasi transien:

Tabel 4.4: Data waktu variabel simulasi transient/unsteady

a. Hasil Kontur Kecepatan

Gambar 8 menunjukan aliran kecepatan pada kondisi transien dibidang Y,Z. hasil yang ditunjukan diperoleh dari waktu rata-rata pada simulasi transien/unsteady. sebuah waktu awal pada simulasi transien yang memungkinkan aliran untuk berkembang secara periodik (20 timestep). Dalam bidang vertikal dimulai dari timestep 0.1 detik sampai waktu akhir 2 detik , pada kedua eksperimen terlihat perbedaan mendasar tidak terlalu banyak berbeda, dari timestep awal 0.1 berkembang secara menyeluruh ketimestep berikutnya sampai dengan aliran menunjukan keadaan steady, yaitu diwaktu akhir 2 detik.

(11)

Gambar 8: kontur aliran kecepatan kondisi transien pada plane Y,Z dengan timestep 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2 detik.

b. Hasil Streamline Kecepatan

Untuk memahami mekanisme vortex shedding pada wake didaerah belakang mobil, dari kedua model tersebut diambil satu hasil kesimpulan dari kedua model tersebut, karena bentuk dimensi bagian belakang dari kedua model tersebut adalah sama, kesimpulan disajikan dalam gambar 9 dan gambar 10. dalam plot ini vortex shedding dari permukaan atas mobil ditampilkan, pada arus streamlines distribusi kecepatan pada bidang X, Z dilaporkan medan aliran yang ditampilkan pada streamlines menunjukan ketidakstabilan yang kuat, aliran mulai timestep 0.1 detik ketimestep berikutnya tidak beraturan ke timestep 0,5 detik stelah timestep 2 detik aliran mulai membentuk kembali dengan konsisi steady, ketidakstabilan ini dikarenakan penumpahan (shedding) aliran dipengaruhi oleh pusaran dari dasar. Pada gambar 10 menenjukan arus streamlines distribusi kecepatan pada bidang Y, Z. Aliran pada belakang mobil tetap menempel pada dinding, pusaran pada tiap timestep berkembang secara berurutan dari timestep 0.1 detik sampai 2 detik. ini bisa dilihat pusaran yang terjadi dibelakang mobil semakin besar pada tiap timestep. Kesimpulan yang ditampilkan pada plot

streamlines adalah bahwa intensitas kecepatan menghitung ulang didaerah basis akan mengurangi. Ini mengurangi penumpahan (shedding) dan ketidakstabilan yang terjadi pada pusaran wake, dan meningkatkan tekanan didasar. Pengurangan penumpahan dan ketidakstabilan pada pusaran wake menjadi konsekuensi dari berkurangnya intensitas struktur yang berpusar.

(12)

Gambar 9: Struktur streamlines kecepatan Gambar 10: Struktur streamline pada pada belakang mobil dibidang X, Z belakang mobil dibidang vertical Y,Z

c. Hasil Kontur Turbulence Kinetic Energy

Pada gambar 11 menunjukan plot kontur distribusi turbulence kinetic energy (TKE) . setiap timestep distribusi TKE menunjukan kontur yang bervariasi, pada timestep 0.1 detik sampai 2 detik berkembang secara tidak beraturan. Terjadinya perkembangan dimulai dari timestep awal sampai timestep 1 detik setelah ketimestep 1.5 detik kontur berubah dan dilanjuti pada timestep 2 detik yang menampilkan warna kontur TKE dalam keadaan steady. hal ini disebapkan perbedaan tekanan yang mengakibatkan kecepatan aliran menjadi besar.

Gambar 11: kontur turbulence kinetic energy kondisi

(13)

E. PENUTUP KESIMPULAN

Dalam tugas akhir ini telah dilakukan simulasi terhadap model mobil meyerupai toyota AVANZA dengan perbedaan bagian ujung depan (front end body). Dari hasil proses simulasi dengan kondisi steady (mantap) dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Koefisien drag (CD) yang diperoleh dari hasil simulasi pada mobil

AVANZA A sebesar 0.531 sedangkan mobil AVANZA B yang telah dimodifikasi bagian depan di dapatkan Koefisien drag (CD) sebesar 0.495.

Hal itu membuktikan dengan memodifikasi bodi bagian depan menurunkan Koefisien drag (CD) sebesar 6.78%

2. Koefisien lift (CL) yang diperoleh dari hasil simulasi pada mobil AVANZA A

sebesar 0.0396 sedangkan mobil AVANZA B yang telah dimodifikasi bagian depan di dapatkan Koefisien lift (CL) sebesar 0.0202. Hal itu

membuktikan dengan memodifikasi bodi bagian depan menurunkan Koefisien lift (CL) sebesar 48.99%.

3. Perubahan geometri pada bodi mobil AVANZA B yang telah dimodifikasi terbukti lebih aerodinamis dibandingkan bodi mobil AVANZA A, dilihat dari penurunan koefisien drag dan lift.

4. Bentuk model AVANZA A dan model AVANZA B yang telah dimodifikasi bagian depan (front end body) relative kurang berpengaruh terhadap distribusi tekanan pada upper surface dan lower surface pada center line, perbedaan perubahan tekanan hanya sangatlah kecil , Pada bagian lower surface hanya terjadi sedikit perubahan pada pressure profile. begitu juga dengan distribusi kecepatan tidak terlalu berpengaruh terhadap velocity profile yang terjadi pada upper dan lower surface. Pada bagian lower surface hanya terjadi sedikit perubahan pada velocity profile.

5. Hasil analisa pola aliran pada belakang mobil diambil satu hasil kesimpulan dari kedua model tersebut, karena bentuk geometri bagian belakang dari kedua model tersebut adalah sama. Fenomena yang terjadi pada aliran vector mengakibatkan terjadinya trailing vortex dan pemisahan awal dari trailing edge menyebapkan pusaran aliran menempel kembali yang mengakibatkan terbentuknya cincin vortex, dengan demikian daerah tekanan diluar wilayah tersebut membuat distribusi tekanan menjadi rendah dan membuat efek buruk terhadap total drag.

Dari hasil proses simulasi dengan kondisi unsteady (tak mantap) dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil ditunjukan dari waktu jumlah waktu 20 timestep dan di rata-rata menjadi 5 timestep. pada kontur kecepatan terjadi perkembangan yang besar secara menyeluruh di mulai dari awal timestep sampai akhir time step. Pada kontur turbulence kinetic energy terjadi perkembangan yang tidak beraturan pada tiap-tiap timestep.

2. Untuk kontur aliran streamline pada bidang X, Z menunjukan ketidakstabilan yang kuat, timestep awal sampai berikutnya menunjukan tidak beraturan. Ini dikarenakan penumpahan (shedding) aliran dipengaruhi oleh pusaran dari dasar. Pada bidang Y, Z aliran tetap menempel pada dinding, pusaran berkembang secara berurutan dari timestep awal sampai akhir.

(14)

Kontribusi Terhadap Ilmu Pengetahuan 1. Data validasi software

2. Data koefisien drag

3. Data koefisien lift

4. Data Karakteristik aliran aerodinamika mobil avanza dengan perbedaan bentuk bagian depan (front end body)

Saran

Dari simulasi yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini, terdapat beberapa hal yang mungkin menjadi masukan untuk penelitian selanjutnya, yaitu:

1. Peningkatan perangkat hardware akan mendukung waktu lamanya proses simulasi menjadi semakin cepat dan menurunkan nilai error pada hasil simulasi.

2. Untuk memprediksi aliran pemisah yang lebih akurat, kualitas mesh

haruslah cukup tinggi, dengan mengubah skala panjang mesh menjadi sekecil mungkin.

3. Ukuran domain harus sebesar mungkin sehingga perilaku aliran dapat terlihat baik pada daerah upstream dan downstream.

4. Untuk penelitian selanjutnya disarankan juga untuk banyak memodifikasi bentuk geometri seperti rear end body dan body bagian bawah agar di dapatkan nilai CD dan CL yang lebih optimal.

(15)

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, J.D. (2001). Fundamental of Aerodynamics (3rd ed). Singapore: McGraw-Hill

Ahmad, H.N & Heru Mirmanto (2012), Studi Numerik Karakteristik Aliran 3 Dimensi Di Sekitar Bodi Modifikasi Sapuangin Urban Concept Dengan Rasio Ground Clearance Terhadap Panjang Model (C/L) 0.048. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).

Abdul Azis & Ismoyo Haryanto (2011), Analisa Pengaruh Kemiringan Kaca Belakang Mobil Terhadap Karakteristik Aerodinamis Mobil Sedan. Universitas Diponegoro.

Hucho, Aerodynamics of Road Vehicles, forth edition, Society of Automotive Engineering, 1998, USA

H.Shames, Irving, Mechanics of Fluids, third edition, McGraw-Hill International Editions, 1992, Singapore

Kourta, A. & Gillieron, P., (2009) Impact of the automotive aerodynamic control on the economics issues. Journal of Applied Fluid Mechanics, 2, pp.69-75 Katz Joseph, Race Car Aerodynamics: Designing for Speed, Bentley Publication,

manufactured in USA

Kim Tae-yoon, et al., A study on vortex shedding around a bluff body near the ground, SAE paper No. 2003-01-0656

Muh. Yamin & Yulianto (2012), Perbandingan Analisis Aerodinamika Pada Mobil Sedan Generic Berbagai Model Dengan Menggunakan Software Berbasis

Computational Fluid Dynamics (CFD). Universitas Gunadarma. R. Munson, Bruce, dkk. 2002. Mekanika Fluida jilid 2. Erlangga. Jakarta.

Sims-Williams David B., Duncan Bradley D., The Ahmad model Unsteady wake: experimental and computational analyses, SAE paper No. 2003-01-15 Versteeg H. K., Malalasekera W., An introduction to computational fluid

dynamics: The finite volume method, 1995, printed in Malaysia,

Vino Gioacchino, et al., The passenger vehicle wake under the influence of upstream turbulence, SAE paper No. 2003-01-0650

http://digilib.its.ac.id/ITS-paper-21021130002812/25833 Diakses 10 November 2013 pukul 19:00

www.gunadarma.ac.id// Artikel_21402096.pdf Diakses 10 November 2013 pukul 19:30

http://eprints.undip.ac.id/view/person/Haryanto Diakses 10 November 2013 pukul 19:55

(1)

berubah aliran, seperti pada start-up, atau bisa secara interen terkait dengan karakteristik aliran, sehingga kondisi steady yang tidak pernah tercapai, bahkan ketika semua aspek lain dari kondisi aliran tidak berubah. Banyak aliran, khususnya disebapkan oleh daya apung, tidak perlu dengan solusi steady state, dan dapat menunjukan perilaku cyclic (berhubungan dengan putaran).

Perilaku yang bergantung pada waktu untuk simulasi transien ANSYS CFX yang ditentukan melalui timestep dan durasi waktu. Pilihan timestep menyediakan cara bagi ANSYS CFX untuk melacak kemajuan real time selama simulasi, sedangkan waktu durasi adalah batasan waktu yang ditentukan pengguna pada lamanya simulasi real time dengan proses menjalankannya.

Daftar timestep ini dimana interval real time yang sebenarnya ditetapkan, dimana ANSYS CFX-Solver memecahkan suatu medan aliran. Timestep yang dipilih harus perlu didasarkan pada skala waktu dari perilaku transien bahwa untuk menyelesaikan dalam simulasi aliran. bisa dilihat pada tabel 1 menunjukan variable yang dipilih dalam studi simulasi transien:

Tabel 4.4: Data waktu variabel simulasi transient/unsteady

a. Hasil Kontur Kecepatan

(2)

Gambar 8: kontur aliran kecepatan kondisi transien pada plane Y,Z dengan timestep 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2 detik.

b. Hasil Streamline Kecepatan

Untuk memahami mekanisme vortex shedding pada wake didaerah belakang mobil, dari kedua model tersebut diambil satu hasil kesimpulan dari kedua model tersebut, karena bentuk dimensi bagian belakang dari kedua model tersebut adalah sama, kesimpulan disajikan dalam gambar 9 dan gambar 10. dalam plot ini vortex shedding dari permukaan atas mobil ditampilkan, pada arus streamlines distribusi kecepatan pada bidang X, Z dilaporkan medan aliran yang ditampilkan pada streamlines menunjukan ketidakstabilan yang kuat, aliran mulai timestep 0.1 detik ketimestep berikutnya tidak beraturan ke timestep 0,5 detik stelah timestep 2 detik aliran mulai membentuk kembali dengan konsisi steady, ketidakstabilan ini dikarenakan penumpahan (shedding) aliran dipengaruhi oleh pusaran dari dasar. Pada gambar 10 menenjukan arus streamlines distribusi kecepatan pada bidang Y, Z. Aliran pada belakang mobil tetap menempel pada dinding, pusaran pada tiap timestep berkembang secara berurutan dari timestep 0.1 detik sampai 2 detik. ini bisa dilihat pusaran yang terjadi dibelakang mobil semakin besar pada tiap timestep. Kesimpulan yang ditampilkan pada plot streamlines adalah bahwa intensitas kecepatan menghitung ulang didaerah basis akan mengurangi. Ini mengurangi penumpahan (shedding) dan ketidakstabilan yang terjadi pada pusaran wake, dan meningkatkan tekanan didasar. Pengurangan penumpahan dan ketidakstabilan pada pusaran wake menjadi konsekuensi dari berkurangnya intensitas struktur yang berpusar.

(3)

Gambar 9: Struktur streamlines kecepatan Gambar 10: Struktur streamline pada pada belakang mobil dibidang X, Z belakang mobil dibidang vertical Y,Z

c. Hasil Kontur Turbulence Kinetic Energy

Pada gambar 11 menunjukan plot kontur distribusi turbulence kinetic energy (TKE) . setiap timestep distribusi TKE menunjukan kontur yang bervariasi, pada timestep 0.1 detik sampai 2 detik berkembang secara tidak beraturan. Terjadinya perkembangan dimulai dari timestep awal sampai timestep 1 detik setelah ketimestep 1.5 detik kontur berubah dan dilanjuti pada timestep 2 detik yang menampilkan warna kontur TKE dalam keadaan steady. hal ini disebapkan perbedaan tekanan yang mengakibatkan kecepatan aliran menjadi besar.

Gambar 11: kontur turbulence kinetic energy kondisi transien pada bidang Y,Z

(4)

E. PENUTUP KESIMPULAN

1. Koefisien drag (CD) yang diperoleh dari hasil simulasi pada mobil

AVANZA A sebesar 0.531 sedangkan mobil AVANZA B yang telah dimodifikasi bagian depan di dapatkan Koefisien drag (CD) sebesar 0.495.

Hal itu membuktikan dengan memodifikasi bodi bagian depan menurunkan Koefisien drag (CD) sebesar 6.78%

2. Koefisien lift (CL) yang diperoleh dari hasil simulasi pada mobil AVANZA A

sebesar 0.0396 sedangkan mobil AVANZA B yang telah dimodifikasi bagian depan di dapatkan Koefisien lift (CL) sebesar 0.0202. Hal itu

membuktikan dengan memodifikasi bodi bagian depan menurunkan Koefisien lift (CL) sebesar 48.99%.

3. Perubahan geometri pada bodi mobil AVANZA B yang telah dimodifikasi terbukti lebih aerodinamis dibandingkan bodi mobil AVANZA A, dilihat dari penurunan koefisien drag dan lift.

4. Bentuk model AVANZA A dan model AVANZA B yang telah dimodifikasi bagian depan (front end body) relative kurang berpengaruh terhadap distribusi tekanan pada upper surface dan lower surface pada center line, perbedaan perubahan tekanan hanya sangatlah kecil , Pada bagian lower surface hanya terjadi sedikit perubahan pada pressure profile. begitu juga dengan distribusi kecepatan tidak terlalu berpengaruh terhadap velocity profile yang terjadi pada upper dan lower surface. Pada bagian lower surface hanya terjadi sedikit perubahan pada velocity profile.

5. Hasil analisa pola aliran pada belakang mobil diambil satu hasil kesimpulan dari kedua model tersebut, karena bentuk geometri bagian belakang dari kedua model tersebut adalah sama. Fenomena yang terjadi pada aliran vector mengakibatkan terjadinya trailing vortex dan pemisahan awal dari trailing edge menyebapkan pusaran aliran menempel kembali yang mengakibatkan terbentuknya cincin vortex, dengan demikian daerah tekanan diluar wilayah tersebut membuat distribusi tekanan menjadi rendah dan membuat efek buruk terhadap total drag.

Dari hasil proses simulasi dengan kondisi unsteady (tak mantap) dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil ditunjukan dari waktu jumlah waktu 20 timestep dan di rata-rata menjadi 5 timestep. pada kontur kecepatan terjadi perkembangan yang besar secara menyeluruh di mulai dari awal timestep sampai akhir time step. Pada kontur turbulence kinetic energy terjadi perkembangan yang tidak beraturan pada tiap-tiap timestep.

(5)

Kontribusi Terhadap Ilmu Pengetahuan 1. Data validasi software

2. Data koefisien drag 3. Data koefisien lift

4. Data Karakteristik aliran aerodinamika mobil avanza dengan perbedaan bentuk bagian depan (front end body)

Saran

Dari simulasi yang telah dilakukan dalam tugas akhir ini, terdapat beberapa hal yang mungkin menjadi masukan untuk penelitian selanjutnya, yaitu:

1. Peningkatan perangkat hardware akan mendukung waktu lamanya proses simulasi menjadi semakin cepat dan menurunkan nilai error pada hasil simulasi.

2. Untuk memprediksi aliran pemisah yang lebih akurat, kualitas mesh haruslah cukup tinggi, dengan mengubah skala panjang mesh menjadi sekecil mungkin.

3. Ukuran domain harus sebesar mungkin sehingga perilaku aliran dapat terlihat baik pada daerah upstream dan downstream.

4. Untuk penelitian selanjutnya disarankan juga untuk banyak memodifikasi bentuk geometri seperti rear end body dan body bagian bawah agar di dapatkan nilai CD dan CL yang lebih optimal.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, J.D. (2001). Fundamental of Aerodynamics (3rd ed). Singapore: McGraw-Hill

Ahmad, H.N & Heru Mirmanto (2012), Studi Numerik Karakteristik Aliran 3 Dimensi Di Sekitar Bodi Modifikasi Sapuangin Urban Concept Dengan Rasio Ground Clearance Terhadap Panjang Model (C/L) 0.048. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).

Abdul Azis & Ismoyo Haryanto (2011), Analisa Pengaruh Kemiringan Kaca Belakang Mobil Terhadap Karakteristik Aerodinamis Mobil Sedan. Universitas Diponegoro.

Hucho, Aerodynamics of Road Vehicles, forth edition, Society of Automotive Engineering, 1998, USA

H.Shames, Irving, Mechanics of Fluids, third edition, McGraw-Hill International Editions, 1992, Singapore

manufactured in USA

Kim Tae-yoon, et al., A study on vortex shedding around a bluff body near the ground, SAE paper No. 2003-01-0656

Muh. Yamin & Yulianto (2012), Perbandingan Analisis Aerodinamika Pada Mobil Sedan Generic Berbagai Model Dengan Menggunakan Software Berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD). Universitas Gunadarma.

R. Munson, Bruce, dkk. 2002. Mekanika Fluida jilid 2. Erlangga. Jakarta.

dynamics: The finite volume method, 1995, printed in Malaysia,

Vino Gioacchino, et al., The passenger vehicle wake under the influence of upstream turbulence, SAE paper No. 2003-01-0650

http://digilib.its.ac.id/ITS-paper-21021130002812/25833 Diakses 10 November 2013 pukul 19:00

www.gunadarma.ac.id// Artikel_21402096.pdf Diakses 10 November 2013 pukul 19:30

http://eprints.undip.ac.id/view/person/Haryanto Diakses 10 November 2013 pukul 19:55

NASKAH PUBLIKASI KARYA ILMIAH Simulasi Perilaku Aerodinamika Dalam Kondisi Steady Dan Unsteady Pada Mobil Menyerupai Toyota Avanza Dengan CFD.