(Contoh Latihan 4.1) Diffusion Problem

Kelas CFD tanggal 12 februari 2012 membahas tentang metode perhitungan temperatur pada permasalahan diffusi menggunakan metode volume hingga, pada contoh latihan 4.1 ini kita akan membahas sebuah dinding/batang yang terisolasi dengan panjang 0.5 m, temperatur pada wall 1 kita set 373 K dan wall 3 kita set 773 K, ruang diantara wall 1 dan wall 3 adalah wall 2 dengan Thermal conductivity sebesar 1000 w/m/k. Kemudian kita akan menghitung distribusi temperatur sepanjang wall 2 yang berada pada daerah beda temperatur antara wall 1 dan wall 3.

Solusi perhitungan menggunakan CFD :

• Buka CFDSOF, masukkan input, atur domain, dan dimensi, kemudian input domain seperti gambar dibawah ini :

  

• Mengatur cell dengan langkah seperti gambar dibawah ini :

 

•  Mengatur kondisi sepadan /KS conducting wall untuk wall 2 dengan memasukkan nilai konduktivity thermal sebesar 1000

 

• Mengatur temperatur wall 1 sebesar 373 K

 

• Mengatur Temperatur wall 3 sebesar 773 K

 

• Melakukan olah-iterasi sebanyak 1000, kemudian melihat hasil-grid, blok semua zona kemudaian tayang

• Melihat hasil-kontur temperatur dan hasilnya seperti gambar dibawah ini

•  Melakukan plot grafik untuk xy dan hasilnya adalah seperti gambar dibawah ini

•  Setelah kita berhasil melakukan analisis temperatur seperti langkah-langkah diatas sampai bisa dilihat hasil plot grafik xy (jarak vs temperatur), kemudian kita akan melihat persamaan distribusi temperatur pada wall 2 dimulai dari kolom sel kedua untuk T1 sampai kolom sel keenam untuk T5, dengan langkah ESC-N-LA(Lihat Alfa)-PV (pilih variabel)-Tem(temperatur). Hasilnya adalah sebeagi berikiut :

Dari hasil distribusi temperatur diatas diperoleh data temperatur yang mendekati perhitungan untuk persamaan yang kita peroleh melalui perhitungan matematis persamaan-persamaan seperti dibawah ini

Hasil-hasil distribusi temperatur dari T1 sampai T5 tersebut hampir sama nilainya tetapi terdapat deviasi karena hasil yang kita peroleh dari simulasi CFD ini dipengaruhi juga oleh jumlah cell yang kita tentukan, makin banyak jumlah cellnya maka akan semakin mendekati hasil sebenarnya.

Dari analisis grafik linear jarak vs temperatur dapat kita lihat bahwa makin kekanan temperatur makin tinggi dengan perubahan secara linear untuk wall 1 yang lebih rendah dari wall 3 temperaturnya, panas berpindah secara konduksi pada dinding dengan perubahan yang linear.

Tutorial Simulasi CFD Temperatur ruangan 2 dimensi

Pada kesempatan kali ini saya ingin berbagi perkembangan belajar CFD pada tanggal 6 maret 2012 yang membahas tentang simulasi untuk bangun 2 dimensi berukuran 1 x 1 m dengan dinding-dinding tertutup disekelilingnya tanpa adanya sel input dan output, tetapi kita buat perbedaan suhu untuk sisi wall tertentu sehingga di dalam ruangan tersebut terjadi perubahan sifat-sifat fisika.

Perubahan sifat fisika tersebut terjadi karena adanya beda temperatur pada sisi dinding, beda temperatur pada dinding tersebut akan mempengaruhi sifat udara dan gerakan aliran didalam ruangan. Seperti kita ketahui didalam teori mekanika fluida bahwa udara yang dipanaskan memiliki berat jenis yang lebih ringan sehingga akan cenderung bergerak keatas, ketika udara panas bergerak keatas maka udara yang lebih dingin akan terdesak oleh udara panas dan bergerak kebawah.

Berikut ini adalah langkah-langkah yang harus dilakukan :

• Memulai program CFDSOF 
• Masukkan perintah input/IN-atur domain/AD, dimensi/D, masukkan 2, ukuran domain/UD, masukkan panjang dan tinggi bawaan dengan ukuran 1 m, kemudian ES untuk mengakhiri perintah
• Pilih menu-input-model, pada opsi pindah panas pilih hitung temperatur, pakai dan tutup
• Mengatur cell dengan menu-input-cell, blok wall (6-9,1) pakai ID 2, tayang dan tutup
• Mengatur kondisi sepadan wall dengan menu-input-KS, pada zona aktif pilih wall 1 dan pada wall type kita set wall, pada menu kondisi sepadan wall kita atur temperatur wall 1 273 K, pakai dan tutup. 
• Ulangi dengan perintah yang sama untuk wall 2 dengam memberikan temperatur yang lebih tinggi, kita masukkan 313 K
• Masukkan perintah daftar konstanta fisikal/DKF untuk melihat daftar perintah yang tersedia seperti seluruh/SLR, densitas/DN, viskositas/VS, konduktivitas termal/KT, cp panas jenis, dan tekanan operasi.TO. Masukkan SLR untuk mengatur parameter sesuai bawaan
• Masukkan konstanta fisikal/KF, masukkan densitas/DN pakai hukum gas ideal, kemudian untuk yang lainnya kita pakai bawaan, masukkan ES untuk mengakhiri perintah
• Masukkan mahir/MA, masukkan gaya badan/GB, pakai bawaan. Untuk percepatan pada sumbu-x pakai bawaan sedangkan untuk percepatan pada sumbu-y kita masukkan -9.81 (tanda - karena arahnya kebawah), kemudian untuk yang lainnya bawaan dipakai. Masukkan ES untuk mengakhiri
• Masukkan jumlah iterasi 500 dan tekan iterasi
• Lihat hasil pada menu-hasil-kontur, pilih temperatur dan heat flux, pada opsi pilih penuh, tayang
• Untuk melihat hasil vektor pada window baru, masukkan lihat grafik/LG, masukkan set window/SW pakai bawaan, ES untuk akhiri
•  Lihat hasil vektor dengan menu-hasil-vektor pilih kecepatan dan velocity magnitude kemudian tayang

 berikut ini gambar prosesnya :

Dari gambar diatas dapat kita lihat untuk gambar temperatur bahwa disekitar dinding yang teperaturnya lebih tinggi yaitu 313 K warna konturnya adalah merah sampe hijau dan dinding yang jauh dari sumber beda temperatur berwarna biru itu artinya terjadi perbedaan distribusi temperatur pada daerah tersebut.

Untuk gambar vektor kecepatan dapat kita lihat bahwa arah aliran udara dalam ruang berputar berlawanan arah jarum jam dan terdapat perbedaan besar kecepatan pada daerah diatas dinding panas, hal ini terjadi karena berat jenis udara didaerah dinding panas menjadi ringan dan mendesak udara diatasnya kemudian ruang yang ditinggalkan diisi udara dingin lainnya yang lebih berat, sehingga arah alirannya cenderung berputar.

Cukup sekian dulu untuk kali ini, kita sambung lagi di kesempatan lain.
Thx so much for ur time, I hope it will be usefull for everyone..c uu.... =)

Simulasi Aliran Udara Dalam Kamar Kos

Pada kesempatan ini saya akan mencoba membuat sebuah simulasi untuk aliran udara dalam kamar kos berukuran total 8 X 8 X 4 meter yang terdiri dari satu pintu dan dua jendela yang terletak didepan sebagai tempat masuk udara (INLET) dengan kecepatan diasumsikan sekitar 8 m/s karena posisi kamar yang berada di lantai dua sehingga angin kebanyakan masuk dari arah depan.

Kemudian pada jarak 6 meter pada sumbu z terdapat sekat dengan satu pintu dan satu ventilasi. Bagian depan sekat adalah kamar tidur sedangkan bagian belakang sekat adalah terbagi menjadi WC dengan satu pintu dan tempat penyimpanan barang/gudang.

Kemudian pada dinding paling belakang terdapat jendela sebagai tempat keluar aliran udara (OUTLET)
Langkah-langkah pengerjaannya adalah sebagia berikut (pada pengerjaan kali ini menggunakan 2dimensi terlebih dahulu) :

• Buka program CFDSOF
• Masukkan perintah input/IN
• Untuk sistem satuan gunakan SI atau bawaan
• Atur Domain/AD
• Pilih dimensi/D dan masukkan 2
• Tentukkan ukuran domain / UD, masukkan panjang 8m dan tinggi domain 8m, untuk lebar bawaan dipakai
• Masukkan ES untk mengakhiri perintah
• Mengatur Konstanta Fisikal dengan perintah KF
• Atur densitas udara DN, pada pilihan pakai hukum gas ideal pilih N atau bawaan, masukkan 1
• Atur viskositas udara dengan perintah VS, dan masukkan nilai viskositas1e-5
• Masukkan perintah ES untuk mengakhiri perintah
• Pada menu pilih input-cell, atur cell dengan blok dan pakai W-WALL untuk membangun sekat-sekat/dinding wc dan gudang, untuk tampilan tampak atas pd bangun 3 dimensi nantinya.
• Membuat bangun 3 dimensi dengan masukkan perintah input/IN - manipulasi grid/MG - masukkan 3D
• Jumlah cell total untk K sementara kita pilih bawaan yaitu 10
• Untuk kedalaman kita masukkan 6 m
• Untuk pengaturan jumlah cell kita pilih menu-input-domain, atur jumlah cell menjadi 20 untuk I,J,dan K
• Mengatur cell 3D dengan menu-input-cell, kita dapatkan bangun 3D tapi belum ada pintu, jendela, dan ventilasi. Kita atur dengan blok cell dan pakai untuk INLET pada pintu dan jendela depan dan OUTLET pada jendela belakang, buat ventilasi pada dinding sekat dengan pakai LIVE
• Mengatur input kecepatan udara dengan menu-input-KS, dan pilih inlet-set kemudian masukkan 8 m/s pada sumbu K atau W, kemudian pakai
• Setelah selesai kemudian kita lakukan iterasi dengan jumlah iterasi 200,kemudian tekan iterasi
• Kita lihat hasilnya dengan menu-hasil-vektor, pilih velocity magnitude dan hasilnya adalah seperti ini

gambar untuk vektor kecepatan arah sumbu z saja

Gambar untuk distribusi tekanan statik

Pada gambar hasil diatas dapat kita lihat bahwa untuk vektor dengan warna merah dan dimensi lebih besar adalah menunjukkan kecepatan ataupun tekanan yang terbesar, sedangkan untuk warna biru dan dimensi kecil menunjukkan kecepatan atau tekanan yang terkecil.

Memaknai Hasil Simulasi

Hasil yang kita peroleh dari simulasi ini janganlah langsung kita terima begitu saja apakah simulasi ini akurat atau sesuai dengan keadaan realnya. 

Ada baiknya setelah melakukan simulasi kita justru memberikan pertanyaan2 seperti :

1. knapa aliranya bisa seperti itu?
2. Apa bener sih aliranya kya gitu?
3. Knapa kecepatanya bisa berbeda pada bagian2 tertentu?
4. Apa besarnya kecepatan yang terukur di simulasi itu sama dengan kecepatan sebenarnya?
5. dll...

Kita seharusnya menganalisis lagi menggunakan teori2 mekanika fluida yang pernah kita pelajari seperti hukum bernouli, gas ideal dan yang lainnya untuk mendukung pemahaman analisis kita. Karena dengan kita mengabaikan salah satu variabel dalam sebuah simulasi akan menyebabkan gap hasil perhitungan yang cukup jauh. 

Tetapi yang terpenting adalah bagaimana kita bisa memecahkan suatu permasalahan yang berhubungan dengan mekanika fluida dalam kehidupan sehari-hari menggunakan prinsip-prinsip baik secara logika teori maupun analisis computational.

terimakasih sudah menyimak ^^

CFDSOF

CFDSOF adalah sebuah program komputer modular berbasis Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk pemodelan aliran fluida dan fenomena yang terkait dengannya seperti pindah panas dan reaksi kimia.

Dengan CFDSOF anda dapat secara cepat melakukan analisis masalah-masalah aliran fluida yang rumit walaupun tidak memiliki keakhlian khusus dibidang pemrograman komputer.

CFDSOF memungkinkan anda menerapkan metoda-metoda simulasi untuk menganalisis dan menyelesaikan masalah-masalah desain praktis.

CFDSOF menggunakan teknik-teknik pemodelan numerik mutakhir dan rentang model fisika yang luas dan sudah teruji untuk men-simulasikan berbagai jenis atau tipe aliran fluida. Simulasi ini dilakukan secara mudah dengan bantuan graphical user interface (gui) dan command user interface (cui) untuk input permasalahan, komputasi dan pemrosesan hasil perhitungan dengan grafis (visualisasi).

Kemampuan-kemampuan Program CFDSOF

Program Dasar CFDSOF

CFDSOF dapat memodelkan berbagai macam fenomena fisik, diantaranya :

• Model geometri dua/tiga dimensi (2D/3D) dalam sistem koordinat -koordinat Kartesian, Silindrikal atau General Curvi-linear
• Aliran tunak (steady state) , transien atau tak-tunak (unsteady state)
• Aliran tak-mampu mampat (incompressible flow) atau aliran mampu mampat (compressible flow)
• Aliran Laminar dan Turbulen, menggunakan model-model turbulen yang sudah tervalidasi
• Pindah panas konduksi/konveksi gabungan (coupled conduction/convection heat transfer) termasuk pindah panas paksa dan natural.
• Pindah panas radiasi
• Aliran internal dan aliran eksternal
• Pemodelan-pemodelan kinerja satu-dimensi fan/alat penukar kalor (heat-exchanger)
• Properti fluida/material bergantung temperatur dan komposisi
• Aliran melalui media berpori, termasuk efek termal media solid

sumber : http://ccitonline.com

Aliran Dalam Ruang 2 Dimensi dan 3 Dimensi

Tutorial pemodelan aliran udara di dalam ruang 2 dimensi dan 3 dimensi menggunakan software CFDSOF
Pada pemodelan ini kita akan membuat sebuah model ruangan untuk bangun 2 dimensi yang terdiri dari satu inlet (tempat udara masuk) dan satu outlet (tempat udara keluar).
Di dalam ruangan akan dibuat sebuah dinding sekat untuk menghasilkan analisis yang lebih bervariasi. Berikut ini adalah tahap-tahap pembuatannya :

1. Buka CFDSOF
2. Ketik Input/IN untuk memasukkan perintah
3. Pada sistem satuan, pilih bawaan, masukkan No/N
4. Masukkan perintah Atur Domain / AD
5. Atur dimensi, ketik D
6. Pilih dimensi, 2 dimensi, ketik 2 atau 3 dimensi, ketik 3
7. Atur ukuran domain, ketik UD
8. Masukkan panjang domain, (dalam tutorial ini 10)
9. Masukkan lebar domain, (dalam tutorial ini 4)
10. Atur jumlah cell, (dalam tutorial ini 10), ketik JC
11. Atur cell, pilih menu input-cell-tayang
12. Blok cell yang akan dijadikan dinding, pada type pilih W-WALL, pakai, tayang
13. Blok cell yang akan dijadikan inlet, pada type pilih inlet, pakai, tayang
14. Blok cell yang akan dijadikan outlet, pada type pilih outlet, pakai, tayang
15. Masukkan data kecepatan, pilih menu input-KS
16. Pilih inlet-set
17. Atur kecepatan untuk inlet sebesar -1 m/s utk sumbu-y (v), pakai. Karena inlet berada di bagian atas dari ruangan untuk bangun 2 dimensi ini sehingga kecepatan kita set turun ke bawah sesuai sumbu y
18. Pilih menu olah-iterasi, tentukan jumlah iterasi, (pada tutorial ini 200), tekan tombol iterasi. Iterasi adalah banyaknya perhitungan untuk fluida yang masuk dalam ruangan.
19. Lihat hasil iterasi, jika “kriteria konvergensi terpenuhi-stop” maka simulasi kita berhasil, hal ini berarti geometri yang kita buat dan variabel-variabel yang kita masukkan adalah sesuai dan dapat dianalisis keadaan alirannya. Jika percobaan kita menghasilkan iterasi divergen, berarti terjadi kesalahan dalam pre-process mengatur geometri, domain, cell, dsb.
20. Untuk melihat gambar vektor, pilih menu hasil-vektor, Pilih type kecepatan-atur skala-tayang
21. Untuk melihat gambar kontur, pilih menu hasil-kontur, pilih type kecepatan-pilih penuh-tayang.
22. Untuk 3 dimensi hampir sama dengan 2 dimensi, dengan merubah dimensi menjadi 3, dan melakukan pengaturan untuk sumbu i, j, k, jika diperlukan pakai irisan dan juga membuat inlet,outlet yang sesuai untuk bangun 3 dimensi. Pastikan jumlah cell harus sama untuk tiap sumbu i,j,dan k karena akan berpengaruh pada hasil iterasi.

gambar geometri ruang 2 dimensi pada sumbu x dan y
gambar tampilan gridnya

gambar vektor kecepatan

gambar kontur untuk besar kecepatan

gambar kontur untuk tekanan statis

gambar 3 dimensi ruangan setelah dilakukan pengaturan untuk sumbu x, y, dan z

trimakasih

Bangun Grid Sumbu-x dan Sumbu-y

Disini saya akan mencoba menjabarkan tahap-tahap membangun grid dalam dalam sumbu x dan sumbu y
Grid dalam sumbu x :

1. Lakukan input, atur domain, tentukan dimensi, tentukan ukuran domain, tentukan jumlah cell, dan kemudian esc

kemudian

2. Bangun grid pilih untuk sumbu x, kemudian inisialisasi segmen, tentukan jumlah cell dalam segmen, kemudian esc

3. kemudian tentukan konstanta fisikal untuk densitas dan viskositas

kemudian tampilan bangun grid untuk sumbu x adalah sbb :

Untuk bangun grid terhadap sumbu y :

Lanjutan dari bangun grid pd sumbu x, ketik bg, dan pilih bangun grid y, kemudian inisialisasi segmen, tentukan jumlah cell pada segmen

kemudian

hasil untuk bangun grid terhadap sumbu y adalah sbb :

terimakasih

Kelebihan Aplikasi CFD

Kenapa sih kita harus menggunakan CFD? dan apa kelebihan simulasi CFD ini dalam penerapan masalah-masalah yang berhubungan dengan mekanika fluida?, padahal sebelum adanya CFD banyak alat-alat yang dibuat tanpa harus melakukan modelling. Mungkin banyak pertanyaan-pertanyaan seperti itu yang terluntar dari orang awam. Sementara dalam perkembangan jaman seperti sekarang ini banyak kita jumpai alat, produk yang jauh lebih efisien, sederhana, ringan, canggih, murah, dsb. Hal inilah sebenernya yang menjadi jawaban mengapa CFD itu penting. Kelebihan-kelebihan CFD diantaranya :

a. Pengetahuan mendalam
Disaat produk yang ingin kita buat sulit untuk di buat prototipe ataupun diadakan riset yang mendalam, misalnya dikarenakan mahalnya membuat prototipe ataupun riset, maka menggunakan analisa CFD merupakan hal yang tepat. Artinya, dalam dunia industri hal ini sangat berguna ketika kita akan membuat sebuah produk. Dengan analisa CFD kita akan mudah mengetahui dan melihat data-data yang dibutuhkan untuk membuat produk yang efisien, parameter-parameter yang berpengaruh dan fenomena-fenomena fisika yang terjadi bahkan bisa dibilang jauh lebih mendalam dibandingkan dengan prototipe.

b. Pengambilan keputusan
Karena analiasa CFD merupakan tools untuk memprediksi parameter-parameter yang ada dengan kondisi tertentu, maka analisa CFD bisa menjawab pertanyaan “WHAT IF” dengan sangat cepat. Dengan simulasi CFD kita dapat mengubah parameter yang ada melihat hasilnya, mengubahnya lagi hingga didapat kondisi yang diinginkan sebelum dibuatnya protipe fisik. Jadi, dalam waktu yang sama kita dapat melalukan test dari model CFD yang kita buat, melihat hasilnya, dan mengubah variabel-variabel yang ada hingga didapatkan hasil yang optimal, dalam waktu yang singkat, dengan biaya yang murah dan bahkan membuat produk kita sesuai dengan code dan standard yang ada terutama safety.

c. Efisiensi
Design dan analisis yang baik dalam aplikasi industri adalah design yang memberikan design cycle yang singkat, biaya yang murah, waktu yang singkat sampai ke tangan client atau market, pengembangan produk dilakukan dengan instalasi dalam waktu singkat dan minimum downtime. CFD adalah tools untuk mempersingkat siklus design dan pengembangan dari suatu produk.