Mesh study on two parallel plates - case (Aplikasi CFD)

Terdapat dua plat yang sejajar dengan jarak H=0,1 m  dan dengan panjang L=1m, lalu dialirkan udara (laminer) dengan densitas r=1,2 kg/m³.

Terdapat 2 Kasus yang terdapat dalam contoh ini

Yaitu dengan mengganti salah satu parameter : 

1.  Mengganti viskositas m=4x10^-5 kg/m.s dan m= 10^-5 kg/m.s dengan menetapkan kecepatan inlet u_inlet=0,01m/s.
2.  Mengganti kecepatan inlet u_inlet=0,01m/s dan u_inlet=0,04m/s dengan menetapkan viskositas m=4x10^-5 kg/m.s

Cari dan analisis dengan menggunakan CFDSOF untuk kedua kasus diatas

Sama seperti posting saya sebelumnya, hanya saja terdapat perbedaan pada variabel-variabel yang dirubah dan penerapan mesh study / grid dependency test.

Seperti yang kita ketahui, Grid yang baik adalah grid yang bisa mengakomodir peristiwa aliran dalam ruang dan waktu.

Pada lapisan batas terjadi gradien kecepatan yang besar dibandingkan pada area yang lainnya maka dibuat grid yang lebih rapat.

Mesh study diperlukan untuk memperkecil error pada saat iterasi untuk mencapai solusi yang konvergen sehingga tercapai hasil yang lebih baik.

Adapun langkah-langlah pada software CFDSOF sbb:

Variabel viskositas m=4x10^-5 kg/m.s dan u_inlet=0,01m/s

1. Input alokasi memori

2. Menentukan domain dengan p x l x t = 1 x 0.1 x 1. Pada arah i = 50 cell, dan arah j = 30

3. Pilih menu bangun grid pada arah x. Kemudian inisialisasi segmen. Kita membagi panjang (arah x) menjadi dua segmen sama panjang. Segmen 1 berisi 28 cell dan segmen 2 berisi 20 cell

4. Kita memilih modifikasi segmen untuk mengatur kerapatan sehingga di dekat lapisan batas terdapat grid yang lebih rapat. Kita tentukan faktor pemberat 3

5. Sekarang kita akan membangun grid pada arah y. Kemudian inisialisasi segmen. Kita membagi tinggi (arah y) menjadi tiga segmen. Segmen 1 dari y=0 sampai y=0.025, segmen 2 dari y=0.025 sampai y=0.75, dan segmen 3 dari y=0.075 sampai y=0.1. Segmen 1 berisi 10 cell, segmen 2 berisi 8cell, dan segmen 3 berisi 10 cell

 

6. Modifikasi segmen pada segmen 1 dan 3 dengan faktor pemberat 4. Pada segmen 1 masukkan faktor pemberat pada titik awal sedangkan pada segmen 3 masukkan faktor pemberat pada titik akhir.

7. Atur cell, inlet 1 pada i1,j2 - j29 dan inlet 2 i50,j2-j29.

8, Menentukkan konstanta fisikal r=1,2 kg/m³ viskositas m=4x10^-5 kg/m.s. 

9. Menentukkan kondisi sempadan, inlet 1 kecepatan u = 0.01 m/s dan inlet 2 tekanan

10. Melakukan iterasi

11. Adapun grafik hasil grid, kontur tekanan, kontur kecepatan, dan plot xy seperti gambar di bawah ini

Hasil Grid

Kontur Kecepatan

Kontur tekanan

Plot XY

Variabel viskositas m=10^-5 kg/m.s dan u_inlet=0,01m/s

Langkah-langkah di dalam CFDSOF sama dengan di atas hanya ada beberapa perubahan, Sebelumnya lakukan dulu reset data sehingga dapat kembali dilakukan iterasi.

Pada menu konstanta fisikal , masukkan viskositas 1e-5.

Adapun hasil grafiknya

Kontur kecepatan

Kontur tekanan

Variabel viskositas m=4 x 10^-5 kg/m.s dan u_inlet=0,04m/s

Kita ganti konstanta fisikal viskositas m=4 x 10^-5 kg/m.s dan kondisi sempadan pada inlet 1  u_inlet=0,04m/s

Hasil grafiknya seperti berikut

Kontur kecepatan

Kontur tekanan

Grafik kontur kecepatan berdasarkan besarnya kecepatan pada berbagai kondisi parameter adalah sebagai berikut :

Kontur kecepatan. u_inlet=0,01m/s , m=4x10^-5 kg/m.s  

Kontur kecepatan. u_inlet=0,01m/s , m=10^-5 kg/m.s

Kontur kecepatan. u_inlet=0,04m/s , m=4x10^-5 kg/m.s

Dilihat dari grafik kontur kecepatan di atas, 

Untuk kasus 1: viskositas m=4x10^-5 kg/m.s dan m= 10^-5 kg/m.s dengan menetapkan kecepatan inlet u_inlet=0,01m/s. Kita kembali mengacu pada persamaan momentum arah-x 2D adalah 

Gaya inersia yang terjadi adalah sama, perbedaan yang terjadi adalah pada gaya gesek akibat perbedaan viskositas. Kondisi dengan viskositas yang lebih tinggi menyebabkan gaya gesek yang lebih tinggi. Gaya gesek yang lebih tinggi menghambat momentum yang terjadi akibatnya aliran berkembang penuh pada jarak yang lebih pendek.

Untuk kasus 2: kecepatan inlet u_inlet=0,01m/s dan u_inlet=0,04m/s dengan menetapkan viskositas m=4x10^-5 kg/m.s.

Pada kondisi ini, kecepatan yang lebih tinggi menyebabkan gaya inersia yang lebih tinggi, sedangkan viskositasnya tetap. Gaya inersia yang lebih tinggi memaksakkan gesekan yang lebih rendah karena tegangan geser pada dinding lebih rendah yang menghambat aliran fluida.

Satu parameter non dimensional yang penting untuk memaparkan karakteristik aliran adalah bilangan Reynolds (Re), yang mendefinisikan ratio antara gaya inersia atas gaya gesek.

Daerah hydrodynamic entry region akan sama jika bilangan Reynolds (Re) sama.