BAB III METODOLOGI PENELITIAN Prosedur Penggunaan Software Ansys FLUENT 15.0

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat Penelitian Pada penelitian ini menggunakan software jenis program CFD Ansys FLUENT 15.0 dengan diameter dalam pipa 19 mm, diameter luar pipa 25,4 dan panjang pipa 1000 mm Prosedur Penggunaan Software Ansys FLUENT 15.0 Setelah merencanakan analisis CFD pada model, langkah-langkah umum penyelesaian analisis CFD pada FLUENT sebagai berikut: a. Membuat geometri dan mesh pada model b. Model transient/steady c. Memilih solver yang tepat untuk model tersebut (2D atau 3D) d. Mengimpor mesh model e. Melakukan pemeriksaan pada mesh model f. Memilih formulasi solver g. Memilih persamaan dasar yang akan dipakai dalam analisis h. Menentukan sifat material yang akan dipakai i. Menentukan kondisi batas j. Mengatur parameter control solusi k. Initialize the flow field l. Melakukan perhitungan/iterasi m. Memeriksa hasil iterasi n. Menyimpan hasil iterasi o. Jika perlu, memperhalus grid kemudian dilakukan iterasi ulang untuk mendapatkan hasil yang lebih baik. 43

2 Diagram Alir Simulasi gambar 3.1. Simulasi dilakukan dengan prosedur sebagai mana ditunjukkan pada Mulai Pembuatan Geometri Pembuatan meshing Pendefisian Bidang Batas Pada Geometri Pengecekan Meshing Tidak Mesh Yang Baik Data Sifat Fisik Ya Penentuan Kondisi Batas Nilai Reynold (Laminar, Turbulen, Transisi) Viskositas Tidak Proses Numerik Proses Iterasi Plot Hasil selesai Gambar 3.1. Diagram Alir Simulasi CFD Menggunakan Ansys FLUENT 15.0

3 Proses Simulasi CFD Secara umum proses simulasi CFD dibagi menjadi 3 yaitu pre-processing, solver dan post-processing pre-processing Pre-processing adalah tahap awal dalam simulasi CFD yang perlu dilakukan, seperti: membuat geometri dan melakukan pengecekan mesh. a. Membuat geometri Dalam pembuatan geometri pada simulasi Ansys FLUENT, selain dengan menggunakan aplikasi tersebut dapat dilakukan juga dengan aplikasi Solidwork, GAMBIT, Autocad dan lain-lain, Selanjutnya diimpor keaplikasi Ansys FLUENT. Geometri dalam penelitian ini menggunakan diameter dalam pipa 19 mm, diameter luar pipa 25,4 mm dan panjang pipa 1000 mm. D in = 19 mm D out = 25,4 mm Gambar 3.2. Pipa (Tampak Depan)

4 mm Gambar 3.3. Pipa (Tampak Samping) b. Mesh Setelah membuat geometri, selanjutnya perlu dilakukan proses meshing (membagi volume menjadi bagian-bagian kecil) supaya dapat dianalisis pada program CFD. Ukuran mesh yang terdapat pada suatu obyek akan mempengaruhi ketelitian dan daya komputasi analisis CFD. Semakin kecil/halus mesh yang dibuat, maka hasil yang didapatkan akan semakin teliti, namun dibutuhkan daya komputasi yang makin besar pula. Setelah proses pembuatan meshing selesai, kemudian dilakukan pengecekan kualitas mesh dengan report quality.

5 47 Gambar 3.4. Report Quality Gambar 3.5. Proses Name Selection Bidang yang diidentifikasi adalah inlet dan outlet pipa baik untuk fluida air dan udara. Pada simulasi ini memakai 2 inlet, yaitu: 1 inlet air, 1 inlet udara dan 1 outlet.

6 48 Gambar 3.6. Hasil Meshing (Outlet) Gambar 3.7. Hasil Meshing (Tampak Samping) Processing Pada tahap ini yang harus dilakukan banyak kaitannya dengan penentuan kondisi batas dalam sebuah simulasi CFD. Tahap ini ini merupakan bagian yang paling penting karena hampir semua parameter penelitian diproses dalam tahapan ini, seperti general, models, materials, cell zone conditions, boundary conditions,

7 49 mesh, interfaces, dynamic mesh, references values, solution methods, solution controls, solution initialization, calculation activities, dan terakhir run calculation. a. General Pada tahap ini menggunakan solver tipe pressure-based, untuk velocity formulation menggunakan absolute dan waktu yang digunakan bersifat transient. Gambar 3.8. General b. Models Pada tahap ini multiphase yang dipilih yaitu VOF, sedangkan energy disetting off karena simulasi ini tidak memerlukan penghitungan energi dalam prosesnya.

8 50 Selanjutnya untuk viscous disetting menggunakan k-epsilon dengan model realizable. Gambar 3.9. Models c. Materials Material yang digunakan untuk simulasi ini terbagi kedalam dua jenis, yaitu solid dan fluid. Material solid yang digunakan adalah acrylic flexyglass sedangkan untuk fluidanya menggunakan liquid dan air.

9 51 Gambar Materials d. Cell Zone Conditions Cell Zone Conditions berisi daftar zona sel yang dibutuhkan. Pada tahap ini masing-masing zona disesuaikan dengan nama dan jenis materialnya. Untuk Porous Formulation yang berisi opsi untuk mengatur kecepatan simulasi disetting default dengan memilih Superficial Velocity. Gambar Cell Zone Conditions

10 52 e. Boundary Conditions Tahap ini digunakan untuk memberikan kondisi batas berupa data yang dibutuhkan pada simulasi ini. Data yang dimasukkan adalah kecepatan superfisial air-udara pada zona air-inlet dan water-inlet. Gambar Boundary Conditions f. Solution Methods Simulasi ini menggunakan skema Simple. Pada Spatial Discretization, untuk Gradient-nya menggunakan Least Squares Cell based, Pressure menggunakan PRESTO!, Momentum menggunakan Second Order Upwind, Volume Fraction menggunakan Geo-Reconstruct, Turbulent Kinetic Energy menggunakan Second Order Upwind, Turbulent Dissipation Rate menggunakan Second Order Upwind.

11 53 Gambar Solution Methods g. Monitors Pada tahap ini digunakan untuk memantau konvergensi secara dinamis. Pada dasarnya konvergensi dapat ditentukan dengan merubah parameter pada residual, statistik, nilai gaya, dll. Gambar Residual Monitor

12 54 h. Solution Initialization Initialization methods yang digunakan adalah hybrid intialization Gambar Solution Initialization i. Run Calculation Pada proses ini akan dilakukan iterasi hingga terjadi konvergensi. Time step size adalah waktu yang didapatkan untuk setiap proses kalkulasi yang dilakukan. Number of time steps adalah jumlah total time step yang ingin dilakukan proses kalkulasi. Max iteration/time step adalah jumlah maksimal iterasi yang ditentukan untuk satu time step.

13 55 Gambar Run Calculation Post-Processing Langkah yang dilakukan setelah melakukan proses kalkulasi yaitu melihat hasil dari proses kalkulasi. Pada kasus penelitian ini, hasil yang dibutuhkan adalah kontur beda kecepatan superfisial. Ada 3 tahap yang harus dilakukan untuk mengetahui hasil simulasi berupa pola aliran serta kecepatannya. a. Plane Tampilan plane ditunjukkan dalam bentuk tampilan 2 dimensi. Area tampilan dapat ditentukan berdasarkan sumbu koordinat geometri.

14 56 Gambar Plane b. Contour Dengan contour dapat diketahui dengan lebih detail terkait pola hasil simulasi berdasarkan variabel yang dikehendaki pada setiap plane yang telah ditentukan sebelumnya. Contour dideskripsikan dengan warna untuk membaca pola berdasarkan variabel yang ditentukan. Gambar Contour