Simulasi Aliran Vortex

Kembali lagi dengan simulasi computational fluid dynamics (CFD).

Kali ini kita akan melakukan simulasi gerakan fluida di sekitar silinder yang membentuk pusaran (vortex). Vortex yang dihasilkan atau ditumpahkan menunjukkan pola periodik dari mulai terbentuknya vortex tersebut.

Berikut adalah deskripsi masalah yang akan kita simulasikan.

 

Gambar 1. Problem Description

Fluida kerjanya adalah air.

Hasil simulasi berdasarkan deskripsi di atas ditunjukkan oleh gambar di bawah ini (diambil potongan tengah)

Gambar 2. Hasil Simulasi (Kontur Kecepatan dalam m/s, Durasi Waktu Sebenarnya) Berdasarkan Problem Description

TRIVIA:

Untuk terjadi aliran vortex seperti di atas, bilangan Reynold harus berada di antara 40 sampai dengan 200. Bilangan Reynold (Re) adalah bilangan tak berdimensi yang menyatakan ukuran kesamaan dinamis suatu aliran fluida, didefinisikan sebagai berikut

Di mana r adalah jari-jari saluran (atau jari-jari hidrolik saluran), ρ adalah densitas fluida, µ adalah viskositas fluida, dan v adalah kelajuan fluida. Bilangan Reynold juga menunjukkan bentuk aliran, di mana jika bilangan Reynold kurang dari 2000 maka aliran adalah laminar, jika bilangan Reynold lebih besar dari 3000 maka aliran adalah turbulen, di antaranya adalah aliran transisi; ada banyak versi tentang bilangan Reynold untuk masing-masing bentuk aliran ini di berbagai literatur. Nilai bilangan Reynold untuk bentuk aliran dicocokkan dengan eksperimen, jadi ada banyak standar pada bilangan Reynold berapa suatu aliran disebut laminar atau turbulen. Jika Bilangan Reynold suatu aliran sama, tidak peduli kelajuan fluida, densitas fluida, jari-jari saluran, atau viskositas fluida, maka kedua aliran tersebut sama secara dinamis.

Diameter hidrolik (D_h ); banyak bentuk saluran untuk memindahkan fluida yang penampangnya tidak berupa lingkaran. Tanpa mempedulikan bentuk saluran tersebut, digunakanlah pendekatan diameter hidrolik untuk mengetahui diameter penampang selain lingkaran. Diameter hidrolik adalah empat kali luas penampang aliran (A) dibagi dengan keliling terbasahi (P) dari saluran tersebut. Ditulis dalam bentuk matematis

Simulasi dengan Source Code dari www.palabos.org; Dengan source code dari Palabos (dapat didownload gratis di website Palabos, open source) kita juga bisa membuat simulasi aliran vorteks di atas seperti gambar 3 berikut ini

Gambar 3. Hasil Simulasi Aliran Vorteks dengan Source Code dari Palabos

Metode diskritisasi yang dipakai pada source code Palabos adalah metode Lattice Boltzmann, metode ini dapat mengatasi geometri yang rumit dan juga mudah untuk dilakukan perhitungan pada komputasi paralel, namun kekurangannya adalah metode ini belum begitu terkenal di kalangan industri karena relatif baru, perhitungannya lebih lama daripada source code komersial untuk kasus serupa, dan meshing domain komputasi tidak se-fleksibel metode meshing yang terkenal seperti finite volume atau finite element.

Selain Palabos, banyak tersedia source code CFD open source dengan metode Lattice Boltzmann, beberapa di antaranya adalah: OpenLB, Taxila LBM, LBSim, dan lain sebagainya. Satu hal yang perlu diperhatikan sebelum men-download/menggunakan source code Lattice Boltzmann CFD pada website di atas, software di atas tidak memiliki tampilan antarmuka, jadi hanya ada kode program komputer yang kemudian dikompilasi dan di-running, hasilnya hanya berupa data-data angka yang kemudian untuk mem-visualisasi-kan data tersebut kita harus menggunakan software visualisasi (atau software plot) dari luar. Untuk mengubah-ubah parameter simulasi, kita harus mengubah-ubah source code-nya.
Download serial gambar 3 di atas: Gambar Vorteks Palabos.


TAMBAHAN:

Kamu dapat melihat hasil simulasi lengkap vortex yang lain seperti di atas pada akun Youtube kami berikut ini: Youtube

Kamu juga dapat mengunduh software Simufluida (beta) yang dibangun oleh Fisika Veritas sendiri untuk mensimulasikan aliran fluida dalam geometri yang kompleks di menu Download, gratis. Tampilan software-nya adalah seperti di bawah ini. Kamu dapat membuat geometri kamu sendiri di MS. Paint kemudian dimasukkan ke dalam Simufluida untuk disimulasikan, di dalam software-nya juga telah kami berikan beberapa contoh geometri sehingga Kamu bisa mencoba-coba beberapa geometri tersebut.

Gambar 4. Contoh Tampilan Simufluida untuk Aliran Fluida yang Melewati Penghalang Silinder

Gambar 5. Contoh Tampilan Simufluida untuk Aliran Fluida yang Melewati Pori Batuan