Efek Pembesaran Aliran Dalam Pipa

Materi kuliah CFD kali ini adalah efek pembesaran aliran dalam pipa. Kita akan mencoba melakukan simulasi untuk aliran yang melalui pipa, dimana terjadi pembesaran luas penampang. Kita akan melihat perbedaan sifat aliran ketika terjadi pembesaran pipa secara mendadak (sudden enlargement) dan ketika pembesaran pipa terjadi sedikit demi sedikit (gradual enlargement).

Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut :

Mengatur cell untuk pipa seperti pada gambar dibawah ini, dimana kita menentukan sisi inlet disebelah kiri dan sisi outlet disebelah kanan, pada gambar diperlihatkan perbandingan untuk pembesaran pipa secara mendadak dan pembesaran sedikit demi sedikit. Mengatur kecepatan pada inlet dan melakukan iterasi.

gambar pengaturan cell :

 

gambar perbandingan grid :

 

gambar perbandingan kontur kecepatan. Terlihat bahwa dengan input besar kecepatan yang sama diperoleh perbedaan nilai kecepatan maksimal, untuk sudden enlargement kecepatan maksimalnya lebih rendah dari gradual enlargement.

 

gambar perbandingan kontur absolute pressure. Pada gambar terlihat untuk sudden enlargement terjadi tekanan yang relatif lebih tinggi (ditandai dengan warna merah saat setelah kondisi pembesaran) dibandingkan dengan tekanan pada gradual enlargement.

 

gambar perbandingan profil kecepatan,

Analisis :

• Kecepatan pada sudden enlargement relatif lebih kecil dibandingkan kecepatan pada gradual enlargement karena minor losses yang ada pada sudden enlargement besar, hal ini karena angle of separation / sudut pemisahnya besar, (dalam grafik dapat ditentukan nilai K). Sehingga untuk mendapatkan aliran yang lebih cepat seharusnya kita membuat pembesaran pada pipa secara bertahap.
• Tekanan pada sudden enlargement relatif lebih besar dibandingkan tekanan pada gradual enlargement karena sesuai dengan hukum tekanan-kecepatan, semakin besar kecepatan maka tekanan makin turun ( P x v = konstan), hal ini berhubungan juga dengan prinsip kontinuitas pada aliran dalam. Ketika pembesaran mendadak tekanan minimal dan maksimal relatif tinggi karena efek minor losses yang besar sehingga aliran cenderung memiliki energi yang besar saat kondisi terjadi pembesaran. Jadi untuk mendapatkan tekanan yang besar sebaiknya kita membuat desain pembesaran pada pipa secara sudden enlargement.