(example 5.1) Convection-diffusion problems

Pada pembelajaran CFD kali ini kita akan melihat hubungan konveksi-diffusi untuk 1 dimensi pada peristiwa perpindahan panas. Kita akan mengatur panjang 1m dan tinggi 0.3m. Jumlah cell untuk panjang adalah 7 dan tinggi adalah 3. Temperatur untuk wall 1 kita tentukan 274K dan temperatur untuk wall 2 adalah 273K. Pada latihan ini kita akan melihat perbedaan grafik untuk densitas yang berbeda-beda dengan kecepatan tetap. Kita akan mencoba untuk densitas sebesar 1.0 kg/m3, 0.1 kg/m3, 0.01 kg/m3 dengan kecepatan tetap 0.1 m/s.

  Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :

1. Pada CFDSOF masukkan in
2. Pada menu input domain atur panjang 1 m tinggi 0.3, jumlah cell panjang 7 dan tinggi 3
3. Pada menu model aktifkan temperatur dan wall konduktif kemudian pakai
4. Pada menu cell atur cell untuk dinding atas dan bawah simetris, dinding kiri sebagai wall 1 dan dinding kanan sebagai wall 2
5. Pada menu KS pilih wall 1 dan set untuk temperatur 274K dan untuk wall 2 273K
   
6. Esc
7. Input “Ma” / mahir
8. Input “ps” / parameter solusi pakai opsi variabel tetap Y
9. Esc
10. Input “ot” / opsi tetap
11. Input “snt” / set nilai tetap
12. Input “ku” / kecepatan-u , pada kecepatan ini yang nantinya bisa untuk dirubah sesuai dengan yang diinginkan.
13. Esc
14. Esc
15. Input “In1”
16. Input “kf” / konstanta fisikal
17. Input “dn” / densitas, masukkan nilai densitas sebesar 1 kg/m3 , 0.1 kg/m3 dan 0.001 kg/m3 secara bergantian untuk melihat pengaruhnya terhadap persebaran temperatur.
18. Input “kt” / konduktifitas termal fluida  0.1 W/M K
19. Esc
20. Menu Input –> Olah –> Kontrol –> persamaan –> aktifkan pada bagian properti / temperatur enthalpi
21. Menu Input –> Olah –> Iterasi, masukkan jumlah angka iterasi dan ulangi hingga konvergensi tercapai.
22. Menu Hasil –> Vektor (pilih temperatur pada set pengaturan )
23. Pilih plot X-Y –> pilih temperatur pada set pengaturan dan arah J 

 
 Gambar untuk pengaturan cell

Gambar hasil kontur untuk densitas 1 kg/m3

 Gambar hasil kontur untuk densitas 0.1 kg/m3

Gambar hasil kontur untuk densitas 0.01 kg/m3

 Gambar hasil plot X-Y untuk densitas 1 kg/m3

 Gambar hasil plot X-Y untuk densitas 0.1 kg/m3

 Gambar hasil plot X-Y untuk densitas 0.01 kg/m3

Analisis :
Dari hasil simulasi yang kita lakukan untuk bidang 1 dimensi dengan memvariasikan densitas dan kecepatan tetap kita dapatkan grafik yang makin lurus atau melengkung ke dalam untuk nilai F/konvektivitas yang makin kecil, dimana konvektivitas F adalah densitas kali kecepatan.

Ketika nilai konvektivitas/F makin kecil maka dalam kondisi yang sama nilai diffusifitas/D makin besar, dimana diffusifitas/D adalah nilai diferensial dari konvektivitas/F terhadap jarak x.