Analisa Aliran Fluida pada Mobil Dengan
CFD MESIN USU
Simulasi Numerik Aliran Udara pada Mobil dan Pengaruh
Pemasangan Spoiler Belakang Menggunakan CFD
Robby Christian (NIM: 120401123)
Email : Crobby25@Yahoo.com
Abstrak: Di zaman modern ini sudah sangat sering kita melihat banyak mobil, mulai dari mobil
penumpang sampai dengan mobil sports dipasangkan spoiler dengan berbagai macam bentuk. Harus
diketahui juga bahwa ke-aerodinamisan dari sebuah mobil adalah kunci untuk mendapatkan
performansi yang baik dan kenyamanan yang tinggi daripada pengendara mobil tersebut. Melalui
dasar pemikiran ini lah, semua produsen mobil bertujuan untuk mengoptimalkan desain mobil mereka
demi mendapatkan keaerodinamisan eksternal dari mobil mereka. Penambahan spoiler belakang demi
mengoptimalkan ke-aerodinamisan akan menyebabkan perubahan nilai pada gaya angkat dan drag
force yang mana akan mempengaruhi performansi , konsumsi bahan bakar, keamanan, dan stabilitas
mobil tersebut. Pada laporan ini akan menampilkan hasil dari simulasi numeric aliran udara melalui
mobil tanpa dan mobil dengan memasang spoiler belakang. Untuk melakukan simulasi ini, digunakan
Software ANSYS CFX, dengan melakukan pendekatan “model-mesh-analyze” sebagai eksekutornya.
Keywords : Aerodinamis,Airfoil, Airflow, Spoiler, Gaya Angkat, Gaya Drag, CFD, CFX.
I. Pendahuluan
bagian belakang mobil. Keberadaan daripada
Pengurangan gaya angkat pada mobil,
spoiler belakang mobil juga akan mengurangi
apabila dilihat dari aspek keselamatannya
drag force yang mana menyebabkan mobil yg
lebih penting, tetapi apabila ditinjau dari aspek
dipasang spoiler belakang akan melaju lebih
keekonomisan, gaya drag dari mobil haruslah
cepat daripada mobil tanpa spoiler belakang.
di kurangi juga, oleh sebab itu haruslah
Kesimpulannya penambahan spoiler belakang
didesain suatu factor atau komponen yang
dapat mengurangi konsumsi bahan bakar. Hal
dapat mengurangi keduanya. Spoiler (sayap)
ini telah dibuktikan di hasil simulasi ini.
mempengaruhi pola aliran udara yang melalui
body sebuah mobil. Airfoil pada spoiler akan
II. Perumusan Masalah
mengakibatkan tingginya tekanan pada bagian
Dalam mini project ini, pertama tama
atas spoiler, dan terjadinya daerah tekanan
body awal mobil dan spoiler mobil dibangun
rendah pada bagian bawah spoiler, yang mana
dengan
sebelumnya apabila tanpa dipasang spoiler
SOLIDWORKS.
terjadi kebalikan dari statement pertama. Jadi,
desain sports car, dan spoiler yang dipilih
keberadaan
adalah carbon fibre adjustable EXIGE X2
spoiler
belakang
atau
sayap
belakang akan mengurangi lift force daripada
CFD MESIN USU
menggunakan
Body
mobil
dengan airfoil angle antara 12 °.
Page 1
software
mengikuti
II.1 Metode dan Setup pada Mobil Tanpa
Table 1: Solver Setting
Spoiler
CFD
Simulation
3D Double
Precision
Solver
Solver
CFX
Space
3D
Time
Steady
Velocity Form Absolute
Seperti dikatakan diatas, model mobil
dibangun
dengan
SolidWork.
Mobil
ini
memiliki dimensi panjang 4476 mm, lebar
2076, dan tinggi 1069,66. Model ini telah di
simulasikan dan di analisa coefficient drag dan
coefficient
liftnya
dengan
menggunakan
Table 2: Boundary Condition Setting
ANSYS-2015 (CFX)
Boundary Condition
Magnitude (measured
normal to boundary)
Turbulence Intensity
Velocity
Inlet
Flow Regime
Fluid Type
Gambar 1: Solidwork Model tanpa Spoiler
Fluid
Propertie
s
Density
Vehicle Surface (no slip
wall B/c)
Wall
Road Face (invicisd wall
Zones
B/c)
Ambient Face (invicisd
wall B/c)
Di atas adalah boundary condition dan
asumsi asumsi yang digunakan di dalam
simulasi ini.
Menurut textbook, koefisien drag dan
koefisien angkat (Cd dan Cl) dapat dihitung
dengan menggunakan rumus dibawah ini:
Cd=
Gambar 2: Model yg telah di Mesh
Permukaan meshing daripada mobil tanpa
1
ρv ² A
2
Berikut dibawah ini adalah rumus yang
spoiler ditunjukkan pada gambar 2. Table
digunakan
1,Table 2, ditunjukan pada Solver Setting.
angkat.
Asumsi yang diambil adalah aliran udara inlet
Cl=
pada keadaan steady state dengan kecepatan
konstan, datang dengan sudut 0°, no slip wall
boundary condition pada vehicle road dan
sidewalls of virtual wind tunnel.
CFD MESIN USU
Fd
Page 2
untuk
Fl
1
ρv ² A
2
menentukan
koefisien
50 m/s
(constan
t)
5%
Subsoni
c
Air
1.175
(kg/m³)
III. Proses Simulasi dengan ANSYS CFX
Berikut
ini
adalah
gambar
dan
penjelasan daripada simulasi yang telah
dilakukan
pada ANSYS
CFX.
Grafik,
Contour tekanan dan streamline.
III.1 SIMULASI DAN TEST PADA MOBIL
TANPA SPOILER UNTUK KOEFISIEN
DRAG DAN KOEFISIEN ANGKAT
Pada Gambar gambar dibawah ini akan
Gambar 5: Streamline dan Countour Tekanan
ditunjukkan streamline, countour tekanan
dan nilai dari coefficient drag dan juga
coefficient lift hasil simulasi Ansys CFX.
Gambar 6: Perhitungan gaya pada sumbu Z
(dasar perhitungan Coefficient
Drag)
Gambar 3: Hasil Iterasi Dengan Ansys
CFX
Gambar 7: Perhitungan gaya pada sumbu y
Gambar 4: Streamline dan Countour Tekanan
(dasar perhitungan Coefficient
Lift)
CFD MESIN USU
Page 3
III.2 SIMULASI DAN TEST PADA MOBIL
DENGAN SPOILER UNTUK KOEFISIEN
DRAG DAN KOEFISIEN ANGKAT
Pada Gambar gambar dibawah ini akan
ditunjukkan streamline, countour tekanan
dan nilai dari coefficient drag dan juga
coefficient lift hasil simulasi Ansys CFX.
Perbedaan dengan subbab sebelumnya, ini
adalah
tampilan
simulasi
dengan
Gambar 10: Contour Tekanan Pada
penambahan rear spoiler.
Spoiler
Gambar 11: Perhitungan Gaya pada
Gambar
8:
Hasil
Iterasi
Menggunakan
dengan
Sumbu
ANSYS
(dasar
perhitungan koefisien
CFX
drag)
Gambar 9: Streamline
Gambar 12: Perhitungan Gaya pada
sumbu
CFD MESIN USU
z
Page 4
Y
(dasar
perhitungan koefisien
angkat)
IV. HASIL DAN DISKUSI
Dalam
kasus
penambahan
spoiler
belakang (rear spoiler) pada model mobil
dengan rack angle 12°, didapatkan hasil
koefisien drag sebesar 0.31 dan koefisien
angkat (coefficient of lift) sebesar 0.02.
Gambar13: Perbedaan Aliran Fluida
Konfigurasi
Drag
Coefficient
% Cd
Reduction
Lift
Coefficient
% Cl
Reduction
0.31
0.3
0
3.22
0.025
0.02
0
20
Tanpa
Spoiler
Spoiler
Tabel 3: Perbandingan Koefisien Drag dan Lift
Hasil penurunan nilai koefisien drag
berdasarkan
menunjukkan
simulasi
di
nilai
yang
atas
kecil.
memang
V. KESIMPULAN
Tetapi
Simulasi Computational fluid Dynamic
penurunan nilai koefisien drag dan koefisien
(CFD) dengan aliran steady pada mobil
lift dapat diperoleh nilai yang lebih besar
dengan
apabila spoiler yang digunakan memiliki
belakang telah menghasilkan 2 hasil nilai
rack angle lebih besar, jadi area kontak
perbandingan.
dengan udara lebih besar.
ANSYS CFX dengan mode k-epsilon yang
dan
tanpa
pemasangan
Dengan
spoiler
menggunakan
digunakan untuk analisa aerodinamis. Dalam
analisis ini didapatkan penurunan nilai
CFD MESIN USU
Page 5
koefisien drag sebesar 3.22 % dan nilai
koefisien angkat sebesar 20% . Efek daripada
penurunan nilai aerodynamic drag ini adalah
efisiensi bahan bakar dan juga keamanan dari
kendaraan. Penurunan nilai dari aerodynamic
drag
dapat
dinaikkan
dengan
cara
memodifikasi/memilih spoiler dengan Rack
Angle yang lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J.R. Calliste, A.R. George, Wind Noise,
Aerodynamics of Road Vehicle, in: W.H.
Hucho
(Ed),
SAE
International,
Warrendale, PA, 1998.
[2] Muyl,F, Dumas, L, Herbert, V, 2004,
Hybrid method for aerodynamic shape
optimization
in
automotive
industry.
Computers and Fluids 33, 849-858.
CFD MESIN USU
Page 6
Simulasi Numerik Aliran Udara pada Mobil dan Pengaruh
Pemasangan Spoiler Belakang Menggunakan CFD
Robby Christian (NIM: 120401123)
Email : Crobby25@Yahoo.com
Abstrak: Di zaman modern ini sudah sangat sering kita melihat banyak mobil, mulai dari mobil
penumpang sampai dengan mobil sports dipasangkan spoiler dengan berbagai macam bentuk. Harus
diketahui juga bahwa ke-aerodinamisan dari sebuah mobil adalah kunci untuk mendapatkan
performansi yang baik dan kenyamanan yang tinggi daripada pengendara mobil tersebut. Melalui
dasar pemikiran ini lah, semua produsen mobil bertujuan untuk mengoptimalkan desain mobil mereka
demi mendapatkan keaerodinamisan eksternal dari mobil mereka. Penambahan spoiler belakang demi
mengoptimalkan ke-aerodinamisan akan menyebabkan perubahan nilai pada gaya angkat dan drag
force yang mana akan mempengaruhi performansi , konsumsi bahan bakar, keamanan, dan stabilitas
mobil tersebut. Pada laporan ini akan menampilkan hasil dari simulasi numeric aliran udara melalui
mobil tanpa dan mobil dengan memasang spoiler belakang. Untuk melakukan simulasi ini, digunakan
Software ANSYS CFX, dengan melakukan pendekatan “model-mesh-analyze” sebagai eksekutornya.
Keywords : Aerodinamis,Airfoil, Airflow, Spoiler, Gaya Angkat, Gaya Drag, CFD, CFX.
I. Pendahuluan
bagian belakang mobil. Keberadaan daripada
Pengurangan gaya angkat pada mobil,
spoiler belakang mobil juga akan mengurangi
apabila dilihat dari aspek keselamatannya
drag force yang mana menyebabkan mobil yg
lebih penting, tetapi apabila ditinjau dari aspek
dipasang spoiler belakang akan melaju lebih
keekonomisan, gaya drag dari mobil haruslah
cepat daripada mobil tanpa spoiler belakang.
di kurangi juga, oleh sebab itu haruslah
Kesimpulannya penambahan spoiler belakang
didesain suatu factor atau komponen yang
dapat mengurangi konsumsi bahan bakar. Hal
dapat mengurangi keduanya. Spoiler (sayap)
ini telah dibuktikan di hasil simulasi ini.
mempengaruhi pola aliran udara yang melalui
body sebuah mobil. Airfoil pada spoiler akan
II. Perumusan Masalah
mengakibatkan tingginya tekanan pada bagian
Dalam mini project ini, pertama tama
atas spoiler, dan terjadinya daerah tekanan
body awal mobil dan spoiler mobil dibangun
rendah pada bagian bawah spoiler, yang mana
dengan
sebelumnya apabila tanpa dipasang spoiler
SOLIDWORKS.
terjadi kebalikan dari statement pertama. Jadi,
desain sports car, dan spoiler yang dipilih
keberadaan
adalah carbon fibre adjustable EXIGE X2
spoiler
belakang
atau
sayap
belakang akan mengurangi lift force daripada
CFD MESIN USU
menggunakan
Body
mobil
dengan airfoil angle antara 12 °.
Page 1
software
mengikuti
II.1 Metode dan Setup pada Mobil Tanpa
Table 1: Solver Setting
Spoiler
CFD
Simulation
3D Double
Precision
Solver
Solver
CFX
Space
3D
Time
Steady
Velocity Form Absolute
Seperti dikatakan diatas, model mobil
dibangun
dengan
SolidWork.
Mobil
ini
memiliki dimensi panjang 4476 mm, lebar
2076, dan tinggi 1069,66. Model ini telah di
simulasikan dan di analisa coefficient drag dan
coefficient
liftnya
dengan
menggunakan
Table 2: Boundary Condition Setting
ANSYS-2015 (CFX)
Boundary Condition
Magnitude (measured
normal to boundary)
Turbulence Intensity
Velocity
Inlet
Flow Regime
Fluid Type
Gambar 1: Solidwork Model tanpa Spoiler
Fluid
Propertie
s
Density
Vehicle Surface (no slip
wall B/c)
Wall
Road Face (invicisd wall
Zones
B/c)
Ambient Face (invicisd
wall B/c)
Di atas adalah boundary condition dan
asumsi asumsi yang digunakan di dalam
simulasi ini.
Menurut textbook, koefisien drag dan
koefisien angkat (Cd dan Cl) dapat dihitung
dengan menggunakan rumus dibawah ini:
Cd=
Gambar 2: Model yg telah di Mesh
Permukaan meshing daripada mobil tanpa
1
ρv ² A
2
Berikut dibawah ini adalah rumus yang
spoiler ditunjukkan pada gambar 2. Table
digunakan
1,Table 2, ditunjukan pada Solver Setting.
angkat.
Asumsi yang diambil adalah aliran udara inlet
Cl=
pada keadaan steady state dengan kecepatan
konstan, datang dengan sudut 0°, no slip wall
boundary condition pada vehicle road dan
sidewalls of virtual wind tunnel.
CFD MESIN USU
Fd
Page 2
untuk
Fl
1
ρv ² A
2
menentukan
koefisien
50 m/s
(constan
t)
5%
Subsoni
c
Air
1.175
(kg/m³)
III. Proses Simulasi dengan ANSYS CFX
Berikut
ini
adalah
gambar
dan
penjelasan daripada simulasi yang telah
dilakukan
pada ANSYS
CFX.
Grafik,
Contour tekanan dan streamline.
III.1 SIMULASI DAN TEST PADA MOBIL
TANPA SPOILER UNTUK KOEFISIEN
DRAG DAN KOEFISIEN ANGKAT
Pada Gambar gambar dibawah ini akan
Gambar 5: Streamline dan Countour Tekanan
ditunjukkan streamline, countour tekanan
dan nilai dari coefficient drag dan juga
coefficient lift hasil simulasi Ansys CFX.
Gambar 6: Perhitungan gaya pada sumbu Z
(dasar perhitungan Coefficient
Drag)
Gambar 3: Hasil Iterasi Dengan Ansys
CFX
Gambar 7: Perhitungan gaya pada sumbu y
Gambar 4: Streamline dan Countour Tekanan
(dasar perhitungan Coefficient
Lift)
CFD MESIN USU
Page 3
III.2 SIMULASI DAN TEST PADA MOBIL
DENGAN SPOILER UNTUK KOEFISIEN
DRAG DAN KOEFISIEN ANGKAT
Pada Gambar gambar dibawah ini akan
ditunjukkan streamline, countour tekanan
dan nilai dari coefficient drag dan juga
coefficient lift hasil simulasi Ansys CFX.
Perbedaan dengan subbab sebelumnya, ini
adalah
tampilan
simulasi
dengan
Gambar 10: Contour Tekanan Pada
penambahan rear spoiler.
Spoiler
Gambar 11: Perhitungan Gaya pada
Gambar
8:
Hasil
Iterasi
Menggunakan
dengan
Sumbu
ANSYS
(dasar
perhitungan koefisien
CFX
drag)
Gambar 9: Streamline
Gambar 12: Perhitungan Gaya pada
sumbu
CFD MESIN USU
z
Page 4
Y
(dasar
perhitungan koefisien
angkat)
IV. HASIL DAN DISKUSI
Dalam
kasus
penambahan
spoiler
belakang (rear spoiler) pada model mobil
dengan rack angle 12°, didapatkan hasil
koefisien drag sebesar 0.31 dan koefisien
angkat (coefficient of lift) sebesar 0.02.
Gambar13: Perbedaan Aliran Fluida
Konfigurasi
Drag
Coefficient
% Cd
Reduction
Lift
Coefficient
% Cl
Reduction
0.31
0.3
0
3.22
0.025
0.02
0
20
Tanpa
Spoiler
Spoiler
Tabel 3: Perbandingan Koefisien Drag dan Lift
Hasil penurunan nilai koefisien drag
berdasarkan
menunjukkan
simulasi
di
nilai
yang
atas
kecil.
memang
V. KESIMPULAN
Tetapi
Simulasi Computational fluid Dynamic
penurunan nilai koefisien drag dan koefisien
(CFD) dengan aliran steady pada mobil
lift dapat diperoleh nilai yang lebih besar
dengan
apabila spoiler yang digunakan memiliki
belakang telah menghasilkan 2 hasil nilai
rack angle lebih besar, jadi area kontak
perbandingan.
dengan udara lebih besar.
ANSYS CFX dengan mode k-epsilon yang
dan
tanpa
pemasangan
Dengan
spoiler
menggunakan
digunakan untuk analisa aerodinamis. Dalam
analisis ini didapatkan penurunan nilai
CFD MESIN USU
Page 5
koefisien drag sebesar 3.22 % dan nilai
koefisien angkat sebesar 20% . Efek daripada
penurunan nilai aerodynamic drag ini adalah
efisiensi bahan bakar dan juga keamanan dari
kendaraan. Penurunan nilai dari aerodynamic
drag
dapat
dinaikkan
dengan
cara
memodifikasi/memilih spoiler dengan Rack
Angle yang lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] J.R. Calliste, A.R. George, Wind Noise,
Aerodynamics of Road Vehicle, in: W.H.
Hucho
(Ed),
SAE
International,
Warrendale, PA, 1998.
[2] Muyl,F, Dumas, L, Herbert, V, 2004,
Hybrid method for aerodynamic shape
optimization
in
automotive
industry.
Computers and Fluids 33, 849-858.
CFD MESIN USU
Page 6