1. Secara numerik tentukan fungsi profil kecepatan aliran laminar pada setiap jarak X dari ujung pelat bagian depan (aliran hulu). Bandingkan dengan hasil analitis. Jelaskan jawaban saudara !
2. Untuk Soal no 1. Tentukan, secara numerik, hambatan pelat tersebut. Bandingkan dengan hasil analitis. Jelaskan jawaban saudara
Berdasarkan soal diatas bisa diuji dalam 1 simulasi CFD, sebuah pelat datar tipis di aliri fluida mengalir dengan kecepatan 0,01 m/s. lengkapnya analisa numerik posting lainnya.
- analisa numerik
- Analisa CFD dan pengolahan data terhadap analisa numerik terhadap profil kecepatan
dari gambar diatas dapat dilihat bahwa fluida (udara) melintasi pelat datar tipis. Pelat datar tersebut pastinya memiliki koffisien gesek dan juga tegangan geser. Faktor tersebut nantinya akan mempengaruhi profil kecepatan dan hambatan yang terjadi. berdasarkan gambar diatas. Aliran fluida mengalir dari node 1 hingga node 30 masih terjadi laminar, tetapi setelah melewati batas laminiar pada node 30, gerakan aliran berubah menjadi turbulence, hal tersebut diakibatkan adanya tegangan geser dari pelat datar tipis tersebut. karena pelat tersebut memiliki kekasar permukaan yang berbeda sehingga turbulence terjadi. berikut adalah hasil pengolahan data kecepatan dengan visual basic untuk node 5,18, 25, 30 dengan sumbu y (jarak kedekatan fluida dengan pelat).
parameter terkait no 1 dan 2 :
- Gunakan cfdsof dengan reynold number laminar yaitu : 5 x 10^5
- input kecepatan inlet 0.01 m/s ; massa jenis : 1000kg/m3 ; viskositas 9x10^-4 kg. m/s
- lakukan iterasi dan lihat alfa (data kecepatan) yang nantinya akan dibandingkan dengan tiap node sb.x . lalu lihat pola aliran terhadap pelat.
- setelah selesai input data laminar ke dalam visual basic dengan metode regresi polinomial untuk persamaan berpangkat untuk mendapatkan hasil grafik antara kecepatan terhadap node.
- kemudian bandingkan antara perhitungan Visual basic dan Excel
- terakhir bandingkan antara perhitungan vb dan excel dengan hasil simulasi CFD dengan analisa numerik sesuai tema yaitu profil kecepatan pada aliran laminar .
Node 18 untuk deret 36 (jarak vertikal antara fluida dengan pelat)
Node 30
Kesimpulan : Dari dasar teori dan numerik aliran laminar pada sebuah pelat, dapat dibuktikan melalui CFD untuk melihat fenomena visual (vektor dan kontur) lalu diperkuat dengan pengolahan data kecepatan oleh visual basic dan excel. Terlihat jelas bahwa aliran mengalami pergerakan perbeda ketika melewati sumbu-x (node 30) berawal laminar menuju turbular. hal ini diakibatkan tegangan geser dari pelat. Hambatan pada pelat terjadi seiring pertambahan panjang pelat. Hambata tersebut dapat menyebabkan vektor atau profil kecepatan berubah. contoh mudah dapat terlihat dari prinsip kapal. semakin kecil nilai hambatan pada lambung kapal maka kecepatan kapal akan meningkat serta golakan aliran akan semakin kecil. hal ini seuai dengan teoritis umum.
Jika dalam kasus ini dapat terlihat dari perbedaan pergerakan partikel vektor kecepatan terhadap jarak horizontal pelat, berikut hasilnya :
- aliran masuk (leading edge terus merambat secara horizontal)
- Kecepatan berangsung berkurang akibat adanya hambatan pada pelat, sehingga mengurangi kecepatan fluida ketika bergerak horizontal terhadap pelat. terlihat vektor semakin lama semakin renggang, karena shear stress mengurangi menghambat kecepatan lintas fluida terhadap pelat.
- contoh : pada kapal, golakan turbulen semakin besar berarti hambatan kapal semakin besar.
mencari fungsi hambatan :
F = u (dV/dx)
pada node 30
v = y = -5,093.10^-7x^2 + 4,04. 10^-4 x - 0,00056
dv/dt = -10,093 . 10^-7 x + 4,04.10^-4
F = 9x10^-4 (-10,093 . 10^-7 x + 4,04.10^-4) ; x =0,3
F = 9x10^-4 (-10,093 . 10^-7 x(0,3) + 4,04.10^-4)
F = 36,38 x10^-4
-------------
3. Jika bagian bawah pelat (soal no 1) diberikan fluks panas, tentukan, secara numerik, fungsi profil temperatur pada lapisan batas termal. Bandingkan dengan hasil analitis. Jelaskan jawaban saudara
4. Tentukan , secara numerik, koefisien perpindahan panas konveksi untuk soal no. 3. Bandingkan dengan hasil analitis. Jelaskan jawaban saudara
Untuk jawaban 3 dan 4, sama seperti simulasi CFD diatas tetapi ditambahkan nilai temperatur pada pelat dan juga konduktifitas termal, guna mengetahui heat flux dan konveksi yang terjadi. berikut hasilnya :
parameter terkait no 3 dan 4 :
- berlanjut dengan simulasi diatas, pendekatan model diberikan pindah panas, dengan mengaktifkan smua kecuali radiasi.
- input heat flux wall 1 sebesar 100kj/m2
- lakukan iterasi kemudian liat alfa (nilai temperatur)
- kemudian olah data dengan menggunakan visual basic dan excel dengan metoda regresi polinomial. secara umum pengolahannya sama dengan pengolahan data pada no 1.
- terakhir bandingkan data visual basic dan excel terhadap hasil simulasi dan analisa numerik terkait dengan analisis profil temperatur pada aliran laminar
- numerik :
kalor yang diberikan = kalor yang diterima
Q(heat fluk) = Q (konduksi fluida)
Q (konduksi fluida) = kAdeltaT/x
Q (konduksi fluida) = Q (konveksi)
Q (konveksi) = hAdeltaT
kAdeltaT/x =hAdeltaT
Nu = k /x h
Pr = v / a
jadi nilai heat flux pada node 5 :
T = y = 0,038x^2 -2,069x +313,4
dT/dx = 0,076x - 2,067
h = k (dT/dx) / L
h = 0,0241 (0,076 (0,05)) - 2,067) / 1
h = - 0,0497 Kj /K m2
jadi nilai heat flux pada node 5 :
T = y = 0,038x^2 -2,069x +313,4
dT/dx = 0,076x - 2,067
h = k (dT/dx) / L
h = 0,0241 (0,076 (0,05)) - 2,067) / 1
h = - 0,0497 Kj /K m2
- Heat flux (nilai temperatur heat flux akan sama pada tiap node sumbu x pada pelat datar)
(nilai heat flux paling besar ketikan mendekati bagian pelat)
- Kontur Temperatur
(Berawal dari temperatur fluida 273K melewati pelat datar bertemperatur. Disinilah terjadi proses pindah panas secara konveksi itu terjadi. Semakin jauh jarak lintasan, temperatur semakin meningkat. Jika dilihat dari sumbu y atau vertikal panas tersebut merambat ke atas. karena fluida yang dipanaskan akan memiliki densitas lebih rendah sehingga terbang ke atas dan disini pula membantu mempercepat proses transfer panas, belum lagi fluida yang dipanaskan akan mempercepat jalan secara horizontal oleh karena itu proses transfer secara vertikal dan horizontal dapat terjadi dengan cepat)
Berdasarkan pengolahan data visual basic (temperatur pada node berbanding jarak vertikal (sb y) menuju pelat bertemperatur) dengan jumlah data 50, berikut hasilnya :
- node 5
- node 15
- node 25
- node 35
Kesimpulan : Dari hasil pemograman terlihan data temperatur terhadap jarak vertikal fluida pada pelat bahwa, semakin jauh fluida dari pelat temperatur akan semakin kecil pada tiap node. tetapi ketika dilihat secara horizontal temperatur fluida yang dekat dengan pelat akan semakin tinggi, karena terjadi perpindahan panas. hasil grafik diatas sesuai dengan pendekatan teoritis dibawah ini.
Sekian dan Terimakasih, Semoga bermanfaat
