Simulasi Aliran Turbulensi

Pada pembelajaran CFD kali ini kita akan membahas materi tentang aliran turbulensi khususnya aliran yang terjadi dalam pipa.

Dalam simulasi ini kita akan mengatur pipa dengan panjang 1 m dan radius luar 0.025 m, jumlah cell untuk panjang adalah 50 dan tinggi 30. dan dinding bagian bawah kita atur sebagai axis karena kita hanya akan melihat profil untuk separuh bagian penampang pipa. Berikut ini adalah langkah-langkahnya :

- Buka CFDSOF
- Langkah pre processing : input domain, pilih aksis simetri, atur panjang 1 m, radius luar 0.025 m, jumlah cell panjang 50, dan tinggi 30.
- Pada saat di kondisi sempadan, dilakukan pengaturan dengan dinding 1 dijadikan sebagai inlet, dinding 2 dijadikan sebagai outlat dan dinding 3 yang berada di sisi bawah dijadikan sebagai axis.
- pada menu input aktifkan turbulensi dengan model K-epsilon

-  Menu Input, KS, set input dengan besar kecepatan-u = 0.001 m/s. Selain itu dilakukan pengaturan pada parameter turbulensi yaitu mengenai intensiti turbulensi (%) = 10 dan panjang char (m) = 0.05.

- Esc-input1-masukkan KF-atur densitas/dn sebesar 1x10^3 kg/m3, dan atur viskositas/vs sebesar 9x10^-4

- Esc, dan langkah processing dengan olah-residu-plot-aktifkan semua persamaan

- Olah- iterasi sebanyak 2000 kali sampai tercapai konvergen.

- Langkah post processing dengan hasil-grid/vektor/kontur.

gambar grid

gambar kontur kecepatan 

gambar vektor kecepatan 

kontur tekanan

kontur turbulensi

plot grafik tekanan

Analisis :

Aliran turbulen adalah aliran dengan nilai reynold number >4000. Pada umumnya terjadi saat aliran masuk pipa/entrance region flow, dimana pada saat aliran masuk/inlet kecepatan fluida besar karena sesuai prinsip kontinuitas bahwa ketika terjadi penyempitan area pipa, kecepatan makin tinggi. Pada saat kecepatan aliran masuk yang tinggi inilah terjadi vorteks/olakan aliran turbulen dalam fluida dengan profile kecepatan yang tidak sama sepanjang perubahan jarak/delta x. Sepanjang perubahan jarak inilah terjadi boundary layer / lapisan batas antara profil kecepatan yang sama pada bagian tengah alliran dengan profil kecepatan mendekati dinding pipa. Aliran turbulen ini berpengaruh terhadap temperatur aliran dengan dinding pipa, dimana pada daerah sepanjang turbulen memiliki temperatur yang lebih tinggi pada dinding pipa. Oleh karena itu aliran turbulen menimbulkan losses yang besar. Dalam aliran turbulen juga tidak dapat diukur besarnya pressure drop yang terjadi karena profil kecepatan masih berubah-ubah.

Gambar aliran dalam pipa yang menggambarkan terjadinya aliran masuk (entrance region flow) yang bersifat turbulen dan terjadi boundary layer, dan juga aliran berkembang penuh (fully developed flow) yang bersifat laminer dan profil kecepatan yang sama sepanjang perubahan jarak aliran.

Gambar perbandingan penampang aliran laminer dan turbulen pada pipa, dengan aliran laminer nilai n=1 dan aliran turbulen nilai n tidak sama dengan 1 (n merupakan pangkat exponensial untuk aliran turbulen)