Simulasi Transien Mixing Elbow

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:

Gambar 1. Mixing Elbow


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?

Gambar 2. Problem Specification 2-D
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


Grafik Tekanan


___________________________________________________________________________________________________________________________
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:



2 comments :

  1. persamaanya didapat darimana ya?

    ReplyDelete
  2. to: usahaku
    itu dari manual fluent, ada juga di buku-buku CFD untuk model yg dipakai seperti di atas, itu persamaan-persamaannya umum kok, hehe.. :D

    ReplyDelete

Silahkan Tulis Komentar Kamu :)