7 sistem yang akan disimulasikan; mengembangkan model matematika dari sistem; mengembangkan
model matematika untuk simulasi; membuat program software komputer; menguji, memverifikasi dan memvalidasi keluaran simulasi; dan mengeksekusi program simulasi untuk
tujuan tertentu Sridadi 2011.
2.5 Computational Fluid Dynamics CFD
Computational Fluid Dynamics CFD adalah suatu analisis sistem yang meliputi aliran fluida, pindah panas dan massa, serta fenomena lain seperti reaksi kimia dengan menggunakan
simulasi berbasis komputer Versteeg dan Malalasekerta 1995. CFD dapat dibagi menjadi dua kata
, yaitu “computational” yang berarti segala sesuatu yang berhubungan dengan matematika dan metoda numerik atau komputasi, dan “fluid dynamics” yang berati dinamika dari segala sesuatu
yang mengalir. Ditinjau dari istilah di atas, CFD bisa berarti suatu teknologi komputasi yang memungkinkan untuk mempelajari dinamika dari benda-benda atau zat-zat yang mengalir. Secara
definisi, CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida, perpindahan panas, reaksi kimia dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan persamaan-persamaan matematika
Tuakia 2008. Suatu analisis CFD memberikan kekuatan untuk mensimulasikan aliran fluida, perpindahan
panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer. Perangkat lunak ini
dapat membuat virtual prototipe dari sebuah sistem atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan; CFD akan memberikan data-data, gambar-gambar, atau
kurva-kurva yang menunjukkan prediksi dari informasi keandalan sistem yang didesain. Hasil analisis CFD sering berupa prediksi kualitatif meski terkadang kuantitatif tergantung dari
persoalan dan data yang dimasukkan Tuakia 2008. Pada umumnya terdapat tiga tahapan yang harus dilakukan dalam simulasi CFD, yaitu pre-
processor, solver dan post-processor. Pre-processor merupakan bagian input dari permasalahan aliran ke dalam program CFD dengan menggunakan interface yang memudahkan operator
Versteeg dan Malalasekerta 1995. Hal-hal yang dilakukan dalam tahap ini adalah: a.
Mendefinisikan geometri dari domain yang akan dianalisis; b.
Pembentukan grid meshing pada setiap domain; c.
Pemilihan fenomena kimia-fisika yang diinginkan; d.
Menentukan sifat-sifat fluida konduktivitas, viskositas, massa jenis, panas jenis dan sebagainya;
e. Menentukan kondisi batas boundary condition.
Proses solver merupakan tahapan pemecahan masalah secara matematik dalam CFD. Pada proses solver, terdapat tiga persamaan aliran fluida yang menyatakan hukum kekekalan fisika
Versteeg dan Malalasekerta 1995, yaitu: a.
Massa fluida kekal kekekalan massa fluida; b.
Laju perubahan momentum sama dengan resultan gaya pada partikel fluida Hukum II Newton;
c. Laju perubahan energi sama dengan resultan laju panas yang ditambahkan dan laju
kerja yang diberikan pada partikel fluida Hukum I Termodinamika. Keseimbangan massa fluida menyatakan laju kenaikan pertambahan massa elemen fluida
sama dengan laju bersih aliran massa ke dalam elemen fluida. Semua elemen fluida merupakan fungsi dari ruang dan waktu, maka massa jenis fluida
ρ ditulis dalam bentuk ρ x, y, z, t dan
8 komponen kecepatan fluida ditulis sebagai dxdt=u, dydt=v dan dzdt=w. Bentuk persamaan
matematika untuk fluida yang tidak terkompresi dinyatakan pada Persamaan 10 Versteeg dan Malalasekera 1995.
�� �
+
�� �
+
�� �
= 0 .................................................................................... 10 dimana
ρ adalah massa jenis fluida kgm
3
dan x, y, z adalah arah koordinat kartesian. Persamaan momentum dikembangkan dari persamaan Navier-Strokes dalam bentuk sesuai
dengan metode finite volume Versteeg dan Malalasekera 1995, yang ditunjukkan pada Persamaan 11 sampai dengan Persamaan 13.
Momentum x: �
� �
+
� �
+
� �
=
�� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+ ................................... 11
Momentum y: �
� �
+
� �
+
� �
=
�� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+ .................................... 12
Momentum z: �
� �
+
� �
+
� �
=
�� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+ ................................. 13
dimana µ adalah viskositas dinamik fluida kgm det 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 diturunkan dari Hukum 1 Termodinamika yang menyatakan bahwa: Laju perubahan energi partikel fluida sama dengan laju penambahan panas ke dalam partikel fluida
ditambah dengan laju kerja yang diberikan pada partikel. Secara matematik dinyatakan pada Persamaan 14 Versteeg dan Malalasekera 1995.
�
� �
+
� �
+
� �
= �
� �
+
� �
+
� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
................. 14 dimana:
�
� �
+
� �
+
� �
=
�� �
+ �
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+
�
2
�
2
+ , p adalah tekanan fluida Pa, k
adalah konduktivitas termal fluida Wm
o
C, T adalah suhu fluida
o
C, dan S
i
adalah energi yang ditambahkan per unit volume per unit waktu.
Post-processor merupakan hasil akhir dari dua tahap sebelumnya. Hasil yang disajikan dapat berupa tampilan geometri domain dan mesh, plot vektor, plot permukaan dua dimensi dan
tiga dimensi, serta pergerakan partikel Versteeg dan Malalasekerta 1995.
2.6 Penelitian-penelitian terkait
