Di dalam dunia perpipaan (piping), seringkali kita bergelut dengan
pipa-pipa yang tidak hanya lurus-lurus saja, ada pula pipa yang bentuknya
berbelok, ada pula bentuknya yang seperti pada gambar di bawah ini:
Pipa seperti di atas biasanya digunakan untuk
mencampurkan fluida (mixing) yang
terjadi pada siku pipa (elbow),
contohnya mencapurkan air dingin dengan air panas. Selama pencampurannya,
temperatur air di dalam pipa akan berubah seiring waktu (transien) sampai
akhirnya temperaturnya sudah tunak atau tidak berubah lagi seiring waktu (steady state). Pada simulasi kita kali
ini, kita tertarik pada analisis transiennya, jadi kita bisa mengetahui
bagaimana temperatur air di dalam pipa berubah dari keadaan awalnya sampai
akhirnya tidak berubah lagi (tunak).
Kita langsung masuk ke permasalahan simulasi
(problem specification):
Di dalam
simulasi kita, fluida kerjanya adalah air. Temperatur awal dari aliran air pipa
besar dan pipa kecil adalah 270C, kemudian pipa kecil mengalirkan
air panas bertemperatur 800C. Bagaimanakah kontur temperatur dan tekanan
di dalam pipa tersebut sejak 3 detik pertama dialirkannya aliran panas dari
pipa kecil?
Tujuan kita
adalah men-simulasikan temperatur dan tekanan air di dalam pipa sejak 3 detik
pertama dialirkannya aliran panas dari pipa kecil. Berikut adalah hasil
simulasinya (3 detik pertama):
Kontur Temperatur (durasi pada video diperlambat)
Kontur Tekanan (durasi pada video diperlambat)
Setelah melihat hasil simulasi di atas, bisa kita katakan bahwa selama 3 detik pertama sejak air panas dialirkan dari pipa kecil, ternyata temperatur dan tekanannya sudah hampir tunak (steady state) atau sudah tidak transien lagi (tidak berubah lagi terhadap waktu).
Berikut
adalah grafik tekanan dan temperatur pada outlet pipa (pada t = 3 detik),
Sumbu-x menyatakan posisi pengambilan
data temperatur atau tekanan dari ujung kiri outlet pipa ke ujung kanan outlet
pipa:
Grafik
Temperatur
___________________________________________________________________________________________________________________________
Tambahan:
Persamaan-persamaan
fisika (governing equations) yang
digunakan untuk men-simulasikan mixing
elbow ini adalah persamaan kontinuitas,
persamaan momentum, persamaan turbulensi k
– ϵ standar dan
persamaan transpor energi.
Persamaan
Kontinuitas
Persamaan
Momentum
Persamaan
Turbulensi k – ϵ Standar.
Persamaan
Transpor Energi.
Persamaan-persamaan
di atas dipecahkan secara numerik, di mana persamaan-persamaan tersebut
didiskritkan (dengan metode tertentu) dan kemudian dihitung solusinya oleh
komputer dengan teknik iterasi. Hasil hitung atau solusi persamaannya
adalah hasil (video) simulasi kita di atas.
TRIVIA:
:: Simulasi
di atas menggunakan software Fluent 6.3. Software Fluent adalah software CFD (Computational Fluid Dynamics) yang
sangat powerful karena seringkali
digunakan di lingkungan penelitian dan digunakan pula di lingkungan industri.
:: Download
file mesh Fluent untuk kasus di atas : elbow.msh
:: Mau tahu
lebih banyak tentang dunia Simulasi dan Modeling Computational Fluid Dynamics atau biasa disingkat dengan CFD,
tunggu artikel selanjutnya tentang CFD. J
Baca juga:
persamaanya didapat darimana ya?
ReplyDeleteto: usahaku
ReplyDeleteitu dari manual fluent, ada juga di buku-buku CFD untuk model yg dipakai seperti di atas, itu persamaan-persamaannya umum kok, hehe.. :D