UTS
KOMPUTASI TEKNIK – TAKE HOME
Mach
Novviali 0806338361
Blog kali ini akan
membahas tentang aliran kecepatan di atas pelat datar di mana merupakan UTS
take home mata kuliah Komputasi Teknik 2012.
---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- ---------------- --
No.
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
U∞ ----->
--------->
--------->
____________________________________________________
--------> X
No. 2
Untuk Soal no 1. Tentukan,
secara numerik, hambatan pelat tersebut. Bandingkan dengan hasil analitis.
Jelaskan jawaban saudara
No.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
No. 4
Tentukan , secara numerik,
koefisien perpindahan panas konveksi untuk soal no. 3. Bandingkan dengan hasil
analitis. Jelaskan jawaban saudara
----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- --
Jawaban
----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- --
No. 1
No. 1
Untuk
menjawab soal no. 1, diperlukan software CFDSOF untuk membantu menentukan
profil kecepatan aliran laminar pada setiap jarak x di atas pelat datar.
Berikut
adalah langkah-langkah yang dilakukan pada CFDSOF :
1.
Open
CFDSOF à Alokasi Memori
2.
Bangun
Domain dan tentukan jumlah cell
3.
Definisikan
setiap cell yang ada
-
2
buah inlet pada cell sisi paling kiri dan paling kanan. Inlet 1 pada sisi kiri
dan inlet 2 pada sisi kanan
-
1
wall pada cell sisi paling bawah
Inlet 1 merupakan kecepatan, nilai U = 0,01
Inlet 2 merupakan tekanan P = 0
-
pendefinisian
koefisien fisik dan sepadan
setelah itu lakukan iterasi sampai menemui
nilai konvergensi
Untuk melihat profil kecepatan laminar di
atas pelat datar pada setiap jarak x, simulasikan profil kecepatan di sepanjang
sumbu x sehingga kita dapat melihat profilnya.
-
Profil
kecepatan pada sumbu x (profil kecepatan U)
- Nilai kecepatan justru semakin mengecil pada sumbu-x dari atas hingga mendekati permukaan dasar pelat. Hal ini disebabkan karena adanya tegangan geser pada permukaan yang bersentuhan langsung dengan plat datar sehingga kecepatan (velocity) fluida yang menempel pelat adalah 0. Terlihat pada
gambar zoom-in dari profil kecepatan U :
-
nilai
dari kecepatan yang semakin kecil dan menjadi 0 pada dasar
yang bersentuhan langsung dengan plat juga dapat terlihat dari hasil simulasi
Velocity-U terhadap vektornya
**Nilai vektor kecepatan semakin kecil jika semakin menju ke dasar plat.
Agar lebih valid kita dapat membuktikannya melalui dua hal, yakni nilai plot grafik
kecepatan serta nilai alfa pada tiap node sepanjang plat sejajar tersebut
Dan untuk nilai alfa tiap node sepanjang sumbu x yang di bagi ke dalam 50 cell aksis-x dan 20 cell aksis-y :
- Buat Visual Basic
dari
hasil display nilai alfa untuk tiap node tersebut dapat dilihat bahwa pada node
1 dan 2 pada sumbu y nilai tidak ditulis karena nilainya sangat kecil dan 0. setelah
kita mendapatkan hasil analisa secara simulasi, maka selamjutnya saya akan
mencoba mendapatkan hasil secara numerik.
Disini
saya akan mencoba meggunakan excel dan visual basic untuk mendapatkan fungsi
kecepatan sumbu x secara numeric dengan menggunakan kodingan visual basic
seperti di bawah ini.
Di mana x adalah jumlah
node pada aksis y yang berjumlah 20 cell dan y adalah nilai dari tiap node
tersebut yang diambil dari nilai alfa. pada pencarian fungsi kecepatan ini saya
akan mengambil satu contoh di titik x=50. dimana nilai alfa terhadap aksis y di
node x=50 adalah :
Dan setelah dilakukan perhitungan didapatkan
fungsi persamaan serta grafik untuk kecepatan Velocity-U
----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- --
NO 2
Untuk menjawab persoalan soal no. 2 cara
menjawabnya berdasarkan nomer satu, hanya saja yang dilihat pada soal ini
adalah hambatan plat datar tersebut. jadi secara simulasi yang kita lihat
adalah sheer strees X-direction
hasil simulasi tegangan permukaan
Dapat dilihat pada gambar diatas bahwa nilai
tegangan permukaan yang menyebabkan adanya gesekan permukaan hanya terjadi
sepanjang permukaan plat datar. dimana jika kita zoom gambarnya pada permukaan
plat.
nilai tegangan permukaan
terbesar terdapat pada bagian bawah atau permukaan atas plat datar. dimana
nilai terbesar berada pada axis x diawal. hal ini disebabkan saat adanya aliran
masuk plat datar tersebut, maka aliran yang awalnya tenang dan tidak memiliki
hambatan apapun mendadak terhalangi dan media alirnya menjadi sempit, karena
itulah nilai hambatan di awal plat datar (x mendekati 0) memiliki nilai
terbesar. dan hal ini terlihat pada gambar diatas.
dan dari hasil simulasi tersebut kita dapat
memperoleh nilai tegangan permukaan serta gesekannya
terlihat pada gambar diatas bahwa nilai dari
normal force terhadap X-Direction adalah 0.000E-1, Y-Direction -1.625E+00
sementara itu untuk tegangan permukaan pada
X-Direction adalah 3.678E-01
----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- --
NO.3
Pada soal kali ini plat
datar tersbut pada bagian bawahnya diberikan fluks panas. Untuk menyelesaikan
persoalan ini maka kita perlu melakukan simulasi terlebih dahulu dengan
menggunakan CFDSOF.
Secara bentuk fisik domain
dari komputasi ini adalah sama, adapun perubahan adalah pada bagian bawah kita
memberika definisi baru yaitu W1, dimana W1 ini nantinya akan berfungsi sebagai
sumber fluks panas tersebut. sementara W2 sebagai wall konduktif.
pendefinisian ulang wall
** terlihat pada bagian bawah sekarang sudah terdapat W2.
Selanjutnya kita akan memasukan nilai dari
fluks kalor yang diberikan oleh W1 tersebut, sementara W2 sebagai wall
konduktif.
Kondisi sempadan yang bekerja pada sistem pun
harus kita definisikan ulang. dimana hitung temperatur, Ks fluks panas, pindah
panas eksternal, wal konduktif serta konveksi wal konduktif diaktifkan
fluks panas yang diberikan adalah 1000W/m2 dihasilkan oleh w1
dengan fungsi inlet I-1 sebagai velocity
dengan nilai kecepatan Velocity-U 0.001m/s dan I-2 sebagai tekanan dengan
nilai 0.
Kemudian seperti biasa iterasi dilakukan sampai mendapatkan nilai konvergen
Kemudian seperti biasa iterasi dilakukan sampai mendapatkan nilai konvergen
setelah nilai konvergen didapat, selanjutnya
kita akan menampilkan hasil simulasi berupa temperatur
Nilai temperatur pada gambar diatas dapat dilihat nilai tertinggi berada pada bagian bawah dimana perambatannya terus menuju atas (aksis y) dengan nilai yang semakin berkurang.
**berikut ini adalah nilai alfa untuk tiap node
dari cell untuk nilai temperaturnya :
X
(Titik)
|
Y
(Temperatur)
|
1
|
399
|
2
|
399
|
3
|
275
|
4
|
273
|
5
|
273
|
6
|
273
|
7
|
273
|
8
|
273
|
9
|
273
|
10
|
273
|
11
|
273
|
12
|
273
|
13
|
273
|
14
|
273
|
15
|
273
|
16
|
273
|
17
|
273
|
18
|
273
|
19
|
273
|
20
|
273
|
dan hasil simulasi fluks kalornya
----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- ----------------
---------------- ---------------- ---------------- --
No. 4
Sama seperti nomor 3, hanya saja untuk nomor 4 ini dilihat dari nilai heat transfer koefisiennya.
Hasil simulasi dari heat transfer koefisien:
Nilai dari heat transfer koefisien adalah nilai yang menjadi tolak ukur dari kemampuan suatu sistem melakukan transfer panas dan heat transfer koefisien berbanding lurus nilainya dengan temperatur pada sistem tersebut. terlihat pada gambar bahwa heat transfer koefisien memiliiki nilai tertinggi pada sisi bawah plat. dengan nilai semakin keatas semakin menurun
Nilai dari heat transfer koefisien adalah nilai yang menjadi tolak ukur dari kemampuan suatu sistem melakukan transfer panas dan heat transfer koefisien berbanding lurus nilainya dengan temperatur pada sistem tersebut. terlihat pada gambar bahwa heat transfer koefisien memiliiki nilai tertinggi pada sisi bawah plat. dengan nilai semakin keatas semakin menurun
**Berikut adalah nilai alfa untuk tiap node sepanjang
sistem :
Selanjutnya kita akan mencari nilai numerik untuk mendapatkan fungsi heat transfer koefisien dengan menggunakan Visual Basic. dengan menggunakan kodingan yang sama serta program seperti nomer 1 dan menggunakan nilai alfa yang ada. saya memilih menggunakan node x=2
X
(Titik)
|
Y
(Heat transfer Koef)
|
1
|
0
|
2
|
6.66
|
3
|
0
|
4
|
0
|
5
|
|
6
|
0
|
7
|
0
|
8
|
0
|
9
|
0
|
10
|
0
|
11
|
0
|
12
|
0
|
13
|
0
|
14
|
0
|
15
|
0
|
16
|
0
|
17
|
0
|
18
|
0
|
19
|
0
|
20
|
0
|
**dengan grafik dan nilai fungsi heat transfer koefisien adalah
Analisis :
Kasus Heat Transfer ini terdapat nilai dan persebaran yang aneh serta tidak merata. Kemungkinan besar terjadi karena adanya aliran udara yang dari inlet 1. Nilai heat transfer koefisien menurut data yang didapat memiliki nilai yang sangat kecil dan hampir 0. Hal ini juga dikarenakan kemampuan fluida dalam sistem untuk melakukan transfer panas cenderung semakin mengecil.
