Perpindahan panas pada fluida (Aplikasi CFD)

Perpindahan panas pada fluida dalam hal ini disebut sebagai konveksi natural mengakibatkan perubahan massa jenis/densitas pada fluida. Fluida yang diberi panas akan memuai sedangkan massa dari fluida tersebut tetap. Fluida yang lebih panas mempunyai massa jenis/densitas yang lebih kecil dibandingkan dengan fluida yang lebih dingin.

Berat jenis fluida dapat diketahui dari perkalian antara massa jenis dengan gaya gravitasi. Dalam hal ini gaya gravitasi antara fluida  adalah sama. Akibat dari perbedaan berat tersebut maka terjadi aliran fluida. Fluida yang lebih panas akan mengalir ke atas. Fenomena ini sering disebut gaya apung atau bouyancy. Fluida yang lebih dingin akan mengisi ruang kosong di bawah karena memiliki berat jenis yang lebih besar.

Dengan memakai software CFDSOF kita membuat simulasi CFD pada ruangan tertutup dengan ukuran 1X1 meter. Saya membagi ruangan tersebut menjadi 10X10 cell.

Gambar ruangan dapat dilihat di bawah ini

Langkah-langkah pada software CFDSOF sebagai berikut:

1. Memasukkan domain dari ruangan tersebut 1X1 m, 10X10 cell

2. Kita mengasumsikan aliran yang terdapat pada ruangan tertutup tersebut adalah aliran laminar

3. Mengatur cell dengan menentukan daerah berdasarkan temperaturnya (dalam hal ini daerah T2 dan T1)

4. Memasukkan konstanta fisikal (densitas dan viskositas)

5. Memasukkan gaya badan searah sumbu y sebesar -9.81m/s2 (gaya badan adalah gaya berat fluida akibat adanya gaya gravitasi)

6. Menentukan kondisi sempadan (T1 =273 K dan T2=313 K)

7. Melakukan iterasi dari simulasi tersebut

8. Memunculkan grafik kontur temperatur dan vektor kecepatan

Gambar di atas adalah kondisi 1. Grafik sebelah kiri adalah grafik kontur temperatur. Pada daerah T2 dapat dilihat temperatur yang lebih tinggi. Pada grafik sebelah kanan dapat dilihat vektor kecepatan pada ruangan tersebut. Fluida pada daerah yang lebih panas (T2) mengalir ke atas dan fluida pada daerah yang lebih dingin (T1) akan bergerak ke bawah.

Fenomena ini juga terjadi pada kondisi 2 dimana daerah T1 dan T2 ditukar. Aliran fluida berputar berlawanan arah dari kondisi 1.

Dapat dilihat dari gambar di bawah ini