Memahami sifat-sifat dasar aliran diantara dua plat datar

ada tiga hal yang akan dibahas dalam posting kali ini untuk memahami sifat-sifat dasar aliran
1. lapisan batas
2. free surface flow (tsunami)
3. aliran diantara 2 plat datar
sebelum jauh memahami konsep tiga aliran diatas, perlu dipahami dasar pemikiran untuk memahami aliran fluida yaitu kerapatan (density), berat jenis (specific gravity), tekanan (pressure), kekentalan (viscosity).

1. lapisan batas
penentuan lapisan batas pada fluida atau boundary condition sangat berpengaruh terhadap apa yang akan kita teliti, dan apa yang akan kita bahas.
sering kali kita salah mengenai aliran viskos, ada saut hal yang penting untuk diketahui bahwa lapisan batas sangat perlu diperhatikan, misalnya jika bilangan reynold cukup besar, efek viskos penting hanya di bagian lapisan batas di dekat benda, lapisan batas diperlukan fluida untuk menempel tanpa kondisi slip, sehingga fluida dapat mengalir, diluar lapisan batas peruabhan kecepatan tegak lurus terhadap aliran relatif kecil.

 2. Lapisan batas pada sebuah plat datar
terdapat banyak jenis lapisan batas yang dapat diperhitungkan dalam aliran, situasi yang paling sederhana misalnya adalah lapisan batas pada sebauh plat datar dengan panjang tidak terhingga, di atasnya mengalir sebuah fluida viskos, tak mampu mampat seperti gambar diatas, tentunya lapisan batas tersebut akan berbeda jika bentuk benda berbeda, misalnya untuk benda seperti airfoil, silinder dsb.
kita anggap bilangan reynold cukup besar nilainya, sehingga hanya fluida yang ada diatasnya yang merasakan effect plat tersebut, untuk kasus ini karena panjang tidak terhingga tidak bisa menghitung bilangan reynold. sehingga Reynold dapat didekati dengan Rex = Ux/v, yaitu bilangan reynold akan berubah menurut kecepatan pada daerah x.

dengan tebal plat dapat ditulis dengan

3.aliran pada dua plat datar
pada jenis aliran ini pada prinsipnya sama dengan aliran terbuka, namun dikarenakan boundary layernya ada dua, misalnya dengan pendekatan 2D, maka bentuk alirannya berupa parabolik

rumus yang dipakai untuk menghitung adalah

total linier flow dapat dihitung dengan proses integrasi

pembahasan tentang aliran pada dua plat datar, juga sudah saya berikan di posting sebelumnya. untuk penurunan rumus lebih lengkap silahkan check website di bawah berikut
http://www.ecourses.ou.edu/cgi-bin/ebook.cgi?doc=&topic=fl&chap_sec=08.1&page=theory

Refferensi
1. Boundary-Layer Theory  Oleh Hermann Schlichting,K. Gersten
2. dasar-dasar fenomena transport oleh james

Read More

langkah per langkah simulasi aliran perbesaran mendadak

aliran dengan perbesaran mendadak mempunyai karateristik tersendiri, terutama pada bagian kosongnya, nah.. untuk lebih jelasnya silahkan ikuti langkah berikut ini
buka CFDSOFT anda, tentunya harus tersambung dengan koneksi UI, lalu klik file input, atau pada command promp, ketikkan in = input

 

langkah selanjutnya adalah mengatur domain dimensi yang akan digunakan, dalam latihan ini digunakan panjang 10 m dan tinggi 2 m, jumlah cell yang dipakai adalah 100 untuk arah i dan 20 untuk arah j

 

tampilan dari grid yang dipakai adalah sebagai berikut, langkah selanjutnya adalah mengatur jenis grid yang dipakai, atur sedemikian rupa sehingga ukuran yang didesain sesuai untuk aliran perbesaran mendadak, misalnya utuk dua buah pipa dengan diamater berbeda. atur wall 1(warna hijau) dan inlet (warna biru)

kemudian atur wall tersebut, atur input berupa tekanan statik pada input sebelah kanan, sedangkan pada sebelah kiri berikan tekanan statik = 0

 

selanjutnya adalah pengaturan konstantan fiskal,  konstanta yang diatur adalah

- densitas

- viskositas

setelah pengaturan selesai, lakukan iterasi 2000 kali iterasi, hasilnya seperti dibawah berikut

Hasil Simulasi Aliran Perbesaran Mendadak

total tekanan, hasil simulasi menunjukkan terjadi penurunan tekanan yang cukup significant setelah melewati luas dengan penampang lebih besar, hal ini disebabkan karena dengan permukaan yang luas aliran dapat bergerak mengisi volume yang kosong, karena volume ruang lebih besar, tekanan yang terjadi menjadi mengecil, sesuai dengan rumus gas ideal bahwa tekanan berbanding terbalik dengan volume.

kecepatan, begitu juga dengan kecepatan, besarnya kecepatan langsung turun begitu melewati saluran yang lebih besar, tentunya hal ini karena pengaruh hukum kekekalan massa dan momentum, yang patut dilihat adalah adanya aliran dissipative effect karena shock wave.

perhatikan gambar dibawah berikut, adanya aliran balik yang berputar tepat setelah luasan/ volume pada pipa berubah merupakan sifat dari fluida, saat suatu fluida menerima perubahan arah aliran secara mendadak, maka aliran yang semula laminer akan berubah menjadi turbulent, sifat ini juga memperkuat posting sebelumnya tentang fully developt region, bahwa aliran butuh jarak tertentu untuk mencapai daerah tersebut, adanya perbesaran mendadak tersebut menjadikan aliran menerima perubahan mendadak yang menyebabkan arah aliran tidak terkendali.

Bagaimana dengan perubahan secara beraturan ??

dengan cara yang sama diatas, kita mensimulasikan perubahan aliran dengan bentuk yang lebih landai, hasilnya sebagai berikut

tekanan,
dapat kita lihat perubahan tekanan secara kasat mata, sama dengan pada aliran perbesaran mendadak, namun, shockwave effect tidak dapat kita temukan disini.

kecepatan,
shock wave effect yang menyebabkan aliran balik dan turbulent pada daerah didekat perubahan sudah tidak nampak, semakin smooth perubahan maka gejolak shock wave tidak akan terlihat, hal ini bermanfaat pada aliran pipa, terutama sambungannya, bila sambungan pipa terjadi perbesaran mendadak, kemungkinan besar terjadi shock wave, dan menyebabkan sebagian aliran berputar balik, turbulent, akibat buruknya, bila kecepatan lumanyan besar, cavitasi bisa aja terjadi.

Refferensi
1. Dasar-2 Fenomena Transport/1
2. Hidraul : Suatu Penyeselaian  Oleh Amer Nordin Darus

Read More

Konsep dasar Mekanika Fluida

Mekanika fluida sudah dipelajari sejak 200 SM dimulai dari Archimedes (287-212 SM) dengan menetapkan prinsip dasar gaya apung dan peristiwa benda mengapung di air,lalu Galileo Galilei (1564-1642) melakukan berbagai eksperimen hidrolika dan melakukan banyak revisi dari archimedes.Blaise Pascal, tentang prinsip-prinsp barometer, dan mesin tekan hidrolik. Isaac Newton, meneliti aspek fluida dan gesekan, inersia fluida dan gelombang. dan ahli lainya misalnya Bernouli, Batista Venturi, Henri Navier, Lewis ferry Moody sampai Heinrich Blasius seoarang murid Ludwig Prandtl yang menunjukkan bahwa hambatan pipa berhubungan dengan bilangan reynold. perkembangan mekanika begitu besar, karena itu dasar-dasar untuk mekanika fluida perlu dipahami lebih jelas lagi agar tidak salah pengertian bila mau menuruskan karya diantara orang-orang tersebut.

Pengertian dasar Mekanika Fluida, 

dapat kita artikan sebagai ilmu yang mempelajari fluida baik pada kondisi diam, bergerak maupun linkungan yang membatasinya. dlihat dari pengertian diatas, hukum dasar untuk menganalisa fluida adalah
(1) fluid statics (fluids dalam kondisi diam),
(2) momentum and energy analyses (fluids dalam kondisi bergerak),
(3) viscous effects and all sections considering pressure forces(pengaruh fluida pada kondisi batas. Macroscopic Point of View dalam memahami konsep aliran fluida yang dibahas disini adalah pandangan secara machroscopic, sehingga fluida dianggap sebagai satu kesatuan yang solid tanpa melihat kondisi fluida secara micro.

1. Persamaan Dasar Flow Dynamic
- Energy Equation (The Fist Law of Thermodynamics)
- Continuity Equation
- Equation of Motion

Persamaan energy
q + w = du + d(p * v) + d(V^2 / 2/ g) + d(h)
dengan ,
 q : Heat added per mass of flowing fluid
w : Work added per mass of flowing fluid
u: Internal Energy
p: Static Pressure
v: Specific Volume
V: Fluid Velocity
h : Elevation Head

Persamaan Kontinuitas 
W / A = V / v

dengan, 

W: Mass flow rate, kg/sec
v: Specific volume, m3/kg
V: Fluid velocity, m/sec
A: Flow path area, m2  

persamaan gerak, equation of motion

A * dP = T * 3.14 * D * dL + W * dV / g 
dengan
 A: Flow path area
dP: Pressure difference
T: Wall Shear Stress
dL: Duct length
D: Hydraulic diameter of duct
g: Gravity acceleration
W: Mass flow rate
dV: Velocity difference

Prinsip Dasar Fluida
saya quot beberapa pernyataan penting tentang fluida
 

" Fluida seperti air dan udara akan berdeformasi terus menerus selama dipengaruhi oleh tegangan geser" 

(Bruce R Munsen, Fluid Mechanics)


jadi tanpa adanya suatu gaya yang menyebabkan teganan geser, maka fluida akan dalam kondisi diam

"Karateristik fluida dapat digambarkan secara kualitatif dengan besaran-besaran dasar seperti panjang, massa dan waktu"

 (Bruce R Munsen, Fluid Mechanics)

" Viskositas sangat sensitif pada fluida"

seperti kita ketahui, viskositas fluida berpengaruh besar terhadap gaya yang dibutuhkan utnuk menggerakkan fluida, berpengaruh juga pada sifat dasar fluida tersebut, berpengaruh juga terhadap kekuatan. dan lainnya,  saya sedikit membahas kusus untuk masalah viskositas pada posting berikutnya.

Read More