Drag Coefficient di dalam aliran laminar (Aplikasi CFD)

Drag coefficient adalah koefisien yang menyatakan suatu hambatan fluida terhadap suatu benda di dalam suatu aliran. Semakin rendah nilai drag coefficient, maka hambatan aerodinamik maupun hidrodinamiknya semakin kecil sehingga hambatan udara maupun hambatan airnya menjadi kecil dan fluida dapat dengan lancar melewati benda tersebut.

Persamaan untuk mengitung drag coefficient adalah

Drag coefficient dipengaruhi oleh gaya, densitas, kecepatan dan luas area benda yang dilalui. Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas drag coefficient pada benda kotak seperti gambar di bawah ini.

 Kita bagi benda kotak di atas ke dalam 3 kategori dan kemudian kita simulasikan di dalam CFD.

• a/b = 1
• a/b < 1
• a/b > 1

Simulasi dan perhitungan drag coefficeient Cd (a/b =1)

1. Menentukan domain p x l x t=1 x 0.5x 1 m. Jumlah cell i x cell j = 50i x 20j.

2. Mengatur daerah inlet, outlet, simetri dan wall (benda).

3. Menentukan kondisi sempadan inlet berupa velocity inlet. Kecepatan didapat dari perhitungan persamaan bilangan Reynolds. 

Pada kasus ini kita menginginkan aliran laminar sehingga kita tetapkan bilangan Reynolds Re adalah 2000. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5.
2000 = ( 1.2 x v x 0.5 ) / ( 10e-5 ) didapatkan nilai v = 0.03 m/s

4. Memasukkan konstanta fisikal. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5. 

Hasil simulasi CFD adalah seperti gambar di bawah

5. Pada menu lihat alfa untuk melihat gaya yang bekerja pada wall.

Gaya yang mengakibatkan drag (hambatan) adalah gaya shear stress pada arah aliran fluida arah-x. Drag coefficient Cd pada wall adalah sebagai berikut :

Dari  hasil simulasi di atas maka hasil simulasi drag cukup signifikan pada wall 3 dan 4 yaitu pada sisi atas dan bawah benda penghalang yaitu sebesar 0.034. Apabila dilandingkan dengan teoritis, terdapat perbedaan dimana Cd teoritis untuk cube sebesar 1.15. 

Simulasi dan perhitungan drag coefficeient Cd (a/b <1)

1. Domain yang dipakai sama dengan kondisi di atas.

2. Mengatur daerah inlet, outlet, simetri dan wall (benda).

3. Menentukan kondisi sempadan inlet berupa velocity inlet. Nilai kecepatan sama dengan kondisi sebelumnya v = 0.03 m/s.

4. Memasukkan konstanta fisikal. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5. 

Hasil simulasi CFD adalah seperti gambar di bawah

5. Pada menu lihat alfa untuk melihat gaya yang bekerja pada wall.

Gaya yang mengakibatkan drag (hambatan) adalah gaya shear stress pada arah aliran fluida arah-x. Drag coefficient Cd pada wall adalah sebagai berikut :

Dari  hasil simulasi di atas maka hasil simulasi drag cukup signifikan pada wall 3 dan 4 yaitu pada sisi atas dan bawah benda penghalang yaitu sebesar 0.023. Apabila dilandingkan dengan teoritis, terdapat perbedaan dimana Cd teoritis untuk cube sebesar 1.05. 

Simulasi dan perhitungan drag coefficeient Cd (a/b>1)

1. Domain yang dipakai sama dengan kondisi di atas.

2. Mengatur daerah inlet, outlet, simetri dan wall (benda).

3. Menentukan kondisi sempadan inlet berupa velocity inlet. Nilai kecepatan sama dengan kondisi sebelumnya v = 0.03 m/s.

4. Memasukkan konstanta fisikal. Fluida yang mengalir adalah udara dengan massa jenis 1.2 kg/m3 dan viskositas 10e-5. 

Hasil simulasi CFD adalah seperti gambar di bawah

5. Pada menu lihat alfa untuk melihat gaya yang bekerja pada wall.

Gaya yang mengakibatkan drag (hambatan) adalah gaya shear stress pada arah aliran fluida arah-x. Drag coefficient Cd pada wall adalah sebagai berikut :

Dari  hasil simulasi di atas maka hasil simulasi drag cukup signifikan pada wall 3 dan 4 yaitu pada sisi atas dan bawah benda penghalang yaitu sebesar 0.046. Apabila dilandingkan dengan teoritis, terdapat perbedaan dimana Cd teoritis untuk cube sebesar 0.82.