Analisis Perbandingan Velocity Dan Shear Stress Perkembangan Boundary Layer Flat Plate Menggunakan Turbulent Model k ε (Standard, Realizable, RNG)

dokumen-dokumen yang mirip
Studi Numerik Karakteristik Separasi dan Reattachment Aliran Di Belakang Gundukan (BUMP) Setengah Lingkaran. Setyo Hariyadi S.P. 1

Simulasi Numerik Karakteristik Aliran Fluida Melewati Silinder Teriris Satu Sisi (Tipe D) dengan Variasi Sudut Iris dan Sudut Serang

FakultasTeknologi Industri Institut Teknologi Nepuluh Nopember. Oleh M. A ad Mushoddaq NRP : Dosen Pembimbing Dr. Ir.

STUDI NUMERIK : MODIFIKASI BODI NOGOGENI PROTOTYPE PROJECT GUNA MEREDUKSI GAYA HAMBAT

4.2 Laminer dan Turbulent Boundary Layer pada Pelat Datar. pada aliran di leading edge karena perubahan kecepatan aliran yang tadinya uniform

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-5 1

ANALISIS LAPISAN BATAS ALIRAN DALAM NOSEL STUDI KASUS: NOSEL RX 122

MAKALAH KOMPUTASI NUMERIK

Studi Numerik Karakteristik Aliran Fluida Melintasi Airfoil NASA LS-0417 yang Dimodifikasi dengan Vortex Generator

STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN BODI PENGGANGGU TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN FLUIDA MELINTASI SILINDER UTAMA

Seminar NasionalInovasi Dan AplikasiTeknologi Di Industri 2017 ISSN ITN Malang, 4 Pebruari 2017

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: ( Print) B36

STUDI EKSPERIMEN dan NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN KEKASARAN PERMUKAAN TERHADAP KARAKTERISTIK BOUNDARY LAYER MELINTASI BUMP (Re = 21000)

oleh : Ahmad Nurdian Syah NRP Dosen Pembimbing : Vivien Suphandani Djanali, S.T., ME., Ph.D

tudi kasus pengaruh perbandingan rusuk b/a = 12/12, 5/12, 4/12, 3/12, 2/12, 1/12, 0/12 dengan Re = 3 x 10 4.

Penelitian Numerik Turbin Angin Darrieus dengan Variasi Jumlah Sudu dan Kecepatan Angin

STUDI NUMERIK DISTRIBUSI TEMPERATUR DAN KECEPATAN UDARA PADA RUANG KEDATANGAN TERMINAL 2 BANDAR UDARA INTERNASIONAL JUANDA SURABAYA

Komparasi Bentuk Daun Kemudi terhadap Gaya Belok dengan Pendekatan CFD

STUDI NUMERIK PENGARUH GEOMETRI DAN DESAIN DIFFUSER UNTUK PENINGKATAN KINERJA DAWT (DIFFUSER AUGMENTED WIND TURBINE)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

STUDI NUMERIK VARIASI TURBULENSI MODEL PADA ALIRAN FLUIDA MELEWATI SILINDER TUNGGAL YANG DIPANASKAN (HEATED CYLINDER)

SIMULASI PERPINDAHAN PANAS GEOMETRI FIN DATAR PADA HEAT EXCHANGER DENGAN ANSYS FLUENT

ANALISA NUMERIK ALIRAN DUA FASA DALAM VENTURI SCRUBBER

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010

STUDI EKSPERIMEN DAN NUMERIK TENTANG ALIRAN BOUNDARY LAYER YANG MELINTASI BUMP DENGAN RADIUS KELENGKUNGAN YANG KECIL

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 1, (2016) ISSN: ( Print) B13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN Prosedur Penggunaan Software Ansys FLUENT 15.0

BAB III ANALISA KONDISI FLUIDA DAN PROSEDUR SIMULASI

Tulisan pada bab ini menyajikan simpulan atas berbagai analisa atas hasil-hasil yang telah dibahas secara detail dan terstruktur pada bab-bab

STUDI PERPINDAHAN PANAS KONVEKSI PADA SUSUNAN SILINDER VERTIKAL DALAM REAKTOR NUKLIR ATAU PENUKAR PANAS MENGGUNAKAN PROGAM CFD

BAB IV KAJIAN CFD PADA PROSES ALIRAN FLUIDA

INVESTIGASI KARAKTERISTIK PERPINDAHAN PANAS PADA DESAIN HELICAL BAFFLE PENUKAR PANAS TIPE SHELL AND TUBE BERBASIS COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

PRESENTASI TUGAS AKHIR. Oleh: Zulfa Hamdani. PowerPoint Template NRP :

Analisis Numerik Aliran Fluida di Sekitar Silinder Sirkular dengan Menggunakan Diskrititasi Order yang Berbeda

ROTASI Volume 8 Nomor 1 Januari

BAB IV VALIDASI SOFTWARE. Validasi software Ansys CFD Flotran menggunakan dua classical flow

BAB I PENDAHULUAN. 1 Universitas Indonesia. Analisa aliran berkembang..., Iwan Yudi Karyono, FT UI, 2008

SIMULASI NUMERIK PENGARUH MULTI-ELEMENT AIRFOIL TERHADAP LIFT DAN DRAG FORCE PADA SPOILER BELAKANG MOBIL FORMULA SAE DENGAN VARIASI ANGLE OF ATTACK

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Muchammad 1) Abstrak. Kata kunci: Pressure drop, heat sink, impingement air cooled, saluran rectangular, flow rate.

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-192

SIDANG TUGAS AKHIR FITRI SETYOWATI Dosen Pembimbing: NUR IKHWAN, ST., M.ENG.

ANALISA ALIRAN DAN TEKANAN PADA BULBOUS BOW DENGAN DIMPLE (CEKUNGAN) MENGGUNAKAN PENDEKATAN CFD

PENGARUH MODIFIKASI DIFFUSOR TERHADAP GAYA AERODINAMIKA MOBIL LISTRIK PANCASONA

SOLUSI NUMERIK DARI PERSAMAAN NAVIER-STOKES

Studi Numerik Karakteristik Aliran Melalui Backward Facing Inclined Step dengan Penambahan Paparan Panas Deri Gedung pada Sisi Upstream

Proceeding Seminar Nasional Thermofluid VI Yogyakarta, 29 April 2014

Studi Numerik Pengaruh Sudut Bukaan Damper Pada Saluran Udara (Studi Kasus di PT. PJB UP Gresik)

STUDI KARAKTERISTIK ALIRAN PADA TUJUH SILINDER VERTIKAL DENGAN SUSUNAN HEKSAGONAL DALAM REAKTOR NUKLIR MENGGUNAKAN PAKET PROGRAM FLUENT

ANALISIS PENGARUH PERPINDAHAN PANAS TERHADAP KARAKTERISTIK LAPISAN BATAS PADA PELAT DATAR

Studi Numerik Steady RANS Aliran Fluida di Dalam Asymmetric Diffuser

STUDI NUMERIK PENGARUH PENAMBAHAN OBSTACLE BENTUK PERSEGI PADA PIPA TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN DAN PERPINDAHAN PANAS.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Studi Eksperimen Pengaruh Silinder Pengganggu Di Depan Returning Blade Turbin Angin Savonius Terhadap Performa Turbin

SIDANG TUGAS AKHIR KONVERSI ENERGI

ANALISIS CASING TURBIN KAPLAN MENGGUNAKAN SOFTWARE COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS/CFD FLUENT

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: B-169

TUGAS AKHIR. OLEH : Mochamad Sholikin ( ) DOSEN PEMBIMBING Prof.DR.Basuki Widodo, M.Sc.

UNIVERSITAS GUNADARMA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

2 yang mempunyai posisi vertikal sama akan mempunyai tekanan yang sama. Laju Aliran Volume Laju aliran volume disebut juga debit aliran (Q) yaitu juml

BAB I PENDAHULUAN. Desain yang baik dari sebuah airfoil sangatlah perlu dilakukan, dengan tujuan untuk meningkatkan unjuk kerja airfoil

Studi Numerik Karakteristik Aliran dan Perpindahan Panas pada Heat Recovery Steam Generator

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

SIMULASI CFD PERSAMAAN NAVIER STOKES UNTUK ALIRAN FLUIDA TUNAK LAMINAR DI ANTARA PLAT SEJAJAR SKRIPSI AZMAH DINA TELAUMBANUA

Analisa Aliran Fluida Pada Pipa Spiral Dengan Variasi Diameter Menggunakan Metode Computational Fluid Dinamics (CFD)

BAB IV PENGOLAHAN DATA

Simulasi Numerik Aliran Fluida pada Permukaan Peregangan dengan Kondisi Batas Konveksi di Titik-Stagnasi

DAFTAR NOTASI. A : sebuah konstanta, pada Persamaan (5.1)

STUDI NUMERIK VARIASI INLET DUCT PADA HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING... LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PENGUJI... PERSEMBAHAN... MOTTO... KATA PENGANTAR...

8. FLUIDA. Materi Kuliah. Staf Pengajar Fisika Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Brawijaya

ABSTRAK 1. PENDAHULUAN

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (2014) ISSN: ( Print) B-174

REYNOLDS NUMBER K E L O M P O K 4

SIMULASI AERODINAMIS DAN TEGANGAN PROPELER PESAWAT TIPE AIRFOIL NACA M6 MELALUI ANALISA KOMPUTASI DINAMIKA MENGGUNAKAN MATERIAL PADUAN (94% Al-6% Mg)

The Analysis of Velocity Flow Effect on Drag Force by Using Computational Fluid Dynamics

JURNAL TEKNIK ITS Vol. 1, No. 1 (Sept, 2012) ISSN: B-38

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2012) ISSN:

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

Studi Numerik 2D dan Uji Eksperimen tentang Karakteristik Aliran dan Unjuk Kerja Helical Savonius Blade dengan Variasi Overlap Ratio 0,1 ; 0,3 dan 0,5

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 2, (2014) ISSN:

SIMULASI PENGUJIAN PRESTASI SUDU TURBIN ANGIN

BAB I PENDAHULUAN. aerodinamika pesawat terbang adalah mengenai airfoil sayap. pesawat. Fenomena pada airfoil yaitu adanya gerakan fluida yang

BAB V BACKWARD - FACING STEP. Hasil validasi software memberikan informasi tentang karakteristik

SIMULASI ALIRAN FLUIDA PADA POMPA HIDRAM DENGAN VARIASI PANJANG PIPA PEMASUKAN DAN VARIASI TINGGI TABUNG UDARA MENGGUNAKAN CFD

Studi Numerik Distribusi Temperatur dan Kecepatan Udara pada Ruang Keberangkatan Terminal 2 Bandar Udara Internasional Juanda Surabaya

1. Pendahuluan. Annual Engineering Seminar 2012 Sutrisno, Herman Sasongko, Heru Mirmanto

PEMBUATAN DAN PENGUJIAN OSBORNE REYNOLDS APPARATUS PIPA HORIZONTAL

SECOND ORDER UPWIND DIFFERENCING SCHEME OF K- TURBULENCE MODEL FOR AIR AND EGR FLOW MIXTURES IN INTAKE MANIFOLD OF DIESEL ENGINE

ANALISIS FAKTOR GESEK PADA PIPA AKRILIK DENGAN ASPEK RASIO PENAMPANG 1 (PERSEGI) DENGAN PENDEKATAN METODE EKSPERIMENTAL DAN EMPIRIS TUGAS AKHIR

PENDAHULUAN. Keyword : R ed, c p, Nu and k-ω SST. Kata Kunci: R ed, c p, Nu, dan k-ω SST.

BAB I PENDAHULUAN. Pada dasarnya semua fenomena aerodinamis yang terjadi pada. kendaraan mobil disebabkan adanya gerakan relative dari udara

II. TINJAUAN PUSTAKA

Reduksi Gaya Drag Silinder Sirkular dengan Penambahan Square Disturbance Body Melalui Simulasi Numerik 2D Unsteady-RANS pada Reynold Number 34800

Simulasi Kondisi sirkulasi udara di dalam suatu ruangan ibadah

SIMULASI FLUIDIZED BED DRYER BERBASIS CFD UNTUK BATUBARA KUALITAS RENDAH

V. PERCOBAAN. alat pengering hasil rancangan, berapa jenis alat ukur dan produk gabah sebagai

PERMASALAHAN DAN SOLUSI KONSTRUKSI BALIHO DI BANJARMASIN

(Studi Kasus PT. EMP Unit Bisnis Malacca Strait) Dosen Pembimbing Bambang Arip Dwiyantoro, ST. M.Sc. Ph.D. Oleh : Annis Khoiri Wibowo

PENGARUH DENSITAS DAN VISKOSITAS TERHADAP PROFIL KECEPATAN PADA ALIRAN FLUIDA LAMINAR DI DALAM PIPA HORIZONTAL

Transkripsi:

Analisis Perbandingan Velocity Dan Shear Stress Perkembangan Boundary Layer Flat Plate Menggunakan Turbulent Model k ε (Standard, Realizable, RNG) Setyo Hariyadi S.P. 1,2 1 Laboratorium Mekanika dan Mesin Fluida Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) 2 Akademi Teknik dan Keselamatan Penerbangan Surabaya Kontak Person: Setyo Hariyadi S.P. 1 Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia 2 Jemur Anyani I/73 Wonocolo Surabaya 60236 Indonesia Telp. 031-8410871 e-mail: hudzaifahsetyo@gmail.com Abstrak Pengertian lapisan batas adalah daerah dimana aliran mengalami hambatan karena adanya tegangan geser yang besar pada permukaan benda, sehingga partikel-partikel fluida terpaksa berhenti pada sekitar permukaan benda karena geseran viskos. Aliran fluida sejati mana pun selalu menunjukkan adanya suatu daerah yang alirannya terhambat, yaitu dekat batas yang kecepatannya relatif terhadap batas bervariasi antara nol pada batas hingga suatu harga yang dapat diduga dari solusi aliran potensial di titik yang agak jauh dari situ. Daerah yang alirannya terhambat ini disebut lapisan batas (boundary layer) dan ketebalan lapisan batas itu sendiri dinyatakan dengan δ.proses pembentukan lapisan batas mungkin poling baik bila divisualisasikan dengan membayangkan aliran di sepanjang sebuah pelat rata. Misalkan ada aliran seragam sebuah fluida tak dapat mampat mendekati pelat dengan kecepatan freestream. Ketika fluida mencapai tepi sebelah depan, tegangan geser yang besar terbentuk dekat dengan permukaan pelat karena partikel-partikel fluida yang tiba di situ terpaksa berhenti dan partikel-partikel yang cukup dekat dan normal terhadap plat dihambat oleh geseran viscous. Lapisan batas menebal dalam arah yang sama dengan arah aliran, akibatnya perubahan kecepatan dari nol di permukaan pelat hingga jarak tertentu pada jarak δ semakin jauh menjadi semakin besar. Laju perubahan kecepatan tadi menentukan gradient kecepatan di permukaan plat dan karena itu tegangan gesernya juga. Studi numerik telah dilaksanakan untuk menguji kinerja aerodinamis pada plat datar dengan menggunakan beberapa turbulent model k ε (Standard, Realizable, RNG). Kecepatan freestream yang digunakan yaitu kecepatan 10 m/s dan pada kondisi udara standard. Parameter yang dievaluasi meliputi shear stress dan profil kecepatan. Dari penelitian tersebut didapatkan bahwa dengan penggunaan turbulent model k ε Realizable menghasilkan yang terbaik dibandingkan turbulent model yang lain. Kata kunci: lapisan batas,plat datar,efek viscous, turbulent model,k ε (Standard, Realizable, RNG) 1. Pendahuluan Pengertian lapisan batas adalah daerah dimana aliran mengalami hambatan karena adanya tegangan geser yang besar pada permukaan benda, sehingga partikel-partikel fluida terpaksa berhenti pada sekitar permukaan benda karena geseran viskos. Aliran fluida sejati mana pun selalu menunjukkan adanya suatu daerah yang alirannya terhambat, yaitu dekat batas yang kecepatannya relatif terhadap batas bervariasi antara nol pada batas hingga suatu harga yang dapat diduga dari solusi aliran potensial di titik yang agak jauh dari situ. Daerah yang alirannya terhambat ini disebut lapisan batas (boundary layer) dan ketebalan lapisan batas itu sendiri dinyatakan dengan δ. Proses pembentukan lapisan batas mungkin poling baik bila divisualisasikan dengan membayangkan aliran di sepanjang sebuah pelat rata. Misalkan ada aliran seragam sebuah fluida tak dapat mampat mendekati pelat dengan kecepatan freestream. Ketika fluida mencapai tepi sebelah depan, tegangan geser yang besar terbentuk dekat dengan permukaan pelat karena partikel-partikel fluida yang tiba di situ terpaksa berhenti dan partikel-partikel yang cukup dekat dan normal terhadap plat dihambat oleh geseran viscous. 27

Lapisan batas menebal dalam arah yang sama dengan arah aliran, akibatnya perubahan kecepatan dari nol di permukaan pelat hingga us pada jarak δ semakin jauh menjadi semakin besar. Laju perubahan kecepatan tadi menentukan gradient kecepatan di permukaan plat dan karena itu tegangan gesernya juga. Pada gambar 1 ditunjukkan proses terbentuknya dan berkembangnya boundary layer untuk fluida incompressible viscous melalui semiinfinite flat plate. Pada awalnya, fluida mengalir dengan distribusi kecepatan yang uniform (U). Ketika melewati permukaan flat plate, aliran fluida tersebut mengalami gesekan sehingga bekerja tegangan geser (τ w x ) pada bidang kontak antara fluida dengan permukaan flat plate. Adanya tegangan geser yang bekerja sepanjang aliran menghasilkan distribusi kecepatan. Distribusi kecepatan dimulai dari titik di permukaan flat plate yang mempunyai kecepatan nol sampai pada kecepatan mendekati harga kecepatan uniform pada jarak δ (x). Hal ini dikarenakan tegangan geser akan bernilai maksimum pada permukaan flat plate, sedangkan nilai tegangan geser akan berkurang pada titik yang semakin jauh letaknya dari flat plate. Gambar 1.Boundary Layer pada flat plate untuk aliran incompressible viscous (White, 2001) Boundary layer dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu laminar boundary layer dan turbulent boundary layer. Kedua jenis boundary layer tersebut tergantung pada bilangan Reynolds. Di dalam aliran fluida, proses peralihan dari laminar boundary layer ke turbulent boundary layer disebut sebagai transisi. Lamanya terjadi proses transisi dipengaruhi oleh gradien tekanan, kekasaran permukaan, perpindahan panas, gaya bodi dan gangguan aliran bebas (Fox, et al, 2004). Proses pembentukan lapisan batas yang mengalami transisi dapat dilihat pada gambar 2. Ketika aliran melintasi plat datar, pada bagian depan partikel-partikel fluida yang cukup dekat terhadap plat dihambat oleh adanya tegangan geser yang besar. Lapisan batas menebal dalam arah yang sama dengan arah aliran. Pada lapisan batas ini terjadi perubahan kecepatan dari nol di permukaan pelat hingga mendekati harga kecepatan free stream pada jarak δ yang semakin jauh semakin besar. Begitu lapisan batas mulai menebal, ketidakstabilan pun terjadi dan mengakibatkan percampuran partikel (gerak acak) dan perubahan momentum dalam fluida hingga menyebabkan terbentuknya lapisan batas turbulent. Pada lapisan batas turbulen, profil kecepatan yang terbentuk lebih tebal (full) dengan gradien kecepatan di permukaan plat dan tegangan gesernya lebih tinggi daripada kondisi laminar maupun transisi. Gambar 2. Aliran fluida di atas permukaan flat plate(khatri, 2012) 28

CFD sangat berguna dalam berbagai variasi aplikasi yang akan digunakan nantinya. Tentu saja aplikasi yang dimaksudkan disini adalah aplikasi tentang aliran fluida pada sebuah tempat/alat atau lainnya. CFD banyak sekali digunakan dalam dunia industry. Sebagai contoh penggunaan CFD di industri adalah digunakan untuk mensimulasikan aliran diatas kendaraan atau bisa saja lebih spesifik dengan digunakannya CFD untuk mengamati interaksi propeler atau rotor dengan aircraftfuselage. Rotor dan propeler dapat direpresentasikan dengan modelling dengan variasi yang kompleks. CFD singkatan dari Computational Fluid Dynamics sebuah teknik komputasi yang dapat digunakan untuk memprediksi, mensimulasikan dan menganalisa aliran fluida, perpindahan kalor, serta reaksi kimia. CFD menggunakan analisa numeric dengan metoda komputasional dengan menggunakan beberapa persamaan aliran dasar fluida seperti persamaan Navier-Stokes, dan persamaan/hukum kekekalan seperti kekekalan massa dan energi. Sebagai sebuah ilmu yang baru berkembang, CFD mendapat perhatian khusus dari komunitas internasional seiring dengan perkembangan digital dengan bantuan computer. Perkembangan utama yang dilakukan mencakup dua hal penting. Pertama, bagaimana membuat sebuah model fenomena fluida fisik yang tidak bisa didapat dengan mudah dengan eksperimen, misalnya sistem/keadaan cuaca sebuah kendaraan supersonik luar angkasa. Yang kedua, kemampuan untuk menganalisa sistem yang telah dibuat sehingga dapat mengefektifkan pengeluaran biaya tanpa harus menggunakan prosedur pengujian secara langsung. Munculnya ide untuk mengembangkan teknik komputasi dengan CFD ini merupakan kemajuan yang sangat berarti dalam perkembangan teknologi. Analisa yang dilakukan melalui sebuah simulasi sebelum prototype dibuat dapat meminimalisasi biaya karena dapat mencegah terjadinya kegagalan produk. Selain itu, dalam hal product development yang dilakukan sebuah perusahaan juga dapat disimulasikan dengan bantuan software berbasis CFD ini sebelum langsung dilakukan proses manufakturnya. Dengan bantuan software berbasis CFD ini juga mempermudah komunikasi antara bagian mekanik dan elektrik dalam perancangan sebuah produk pada perusahaan, dan secara langsung akan menghemat biaya. Studi numerik telah dilaksanakan untuk menguji kinerja aerodinamis pada plat datar dengan menggunakan beberapa turbulent modelk ε (Standard, Realizable, RNG). Kecepatan freestream yang digunakan yaitu kecepatan 10 m/s dan pada kondisi udara standard. Parameter yang dievaluasi meliputi shear stress dan profil kecepatan 2. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan simulasi numerik mengunakan software simulasi dengan model turbulen k ε (Standard, Realizable, RNG). Kecepatan aliran freestream yang akan digunakan sebesar 10 m/s. Model benda uji berupa plat datar. Gambar 3. merupakan domain simulasi serta kondisi batas yang digunakan dalam simulasi. Gambar 3. Meshing dan domain pemodelan airfoil 2D 29

Dimensi pemodelan selanjutnya ditunjukkan pada gambar 4. Gambar 4. Dimensi Pemodelan Pada aplikasi ditentukan analisis 2 dimensi : H2 = 200 cmv1 = 30 cm Setelah ditentukan boundary condition-nya maka selanjutnya meshing yang digunakan adalah quadriateral dan edge sizing di masing-masing sisi boundary condition. Gambar 5. Meshing yang dihasilkan Kondisi batas yang digunakan pada penelitian ini antara lain inlet : velocity inlet; outlet : outflow, dinding : wall. Aliran yang digunakan disini berupa aliran inkompresibel. Velocity inlet untuk mendefinisikan kecepatan aliran yang masuk. Kondisi batas outflow dipilih karena data aliran saat kondisi keluar tidak diketahui. Wall didefinisikan sebagai dinding dari aliran fluida yang terdapat di dalam saluran untuk membatasi fluida yang melintas. Dalam penggunaan software simulasi memerlukan keakuratan data baik pada langkah post processing maupun preprocessingnya. Langkah grid independensi diperlukan untuk menentukan tingkat serta struktur grid terbaik dan terefisien agar hasil pemodelan mendekati sebenarnya. Pada penelitian ini membandingkan juga beberapa kerapatan meshing sebagaimana tampak pada tabel 1. Tabel 1. Penentuan meshing dan minimal inflation No Jumlah Node/Grid Y + Minimal Inflation 1 4141 14 0.0005 2 6161 6.6 0.00025 3 8181 4 0.00015 4 19701 0.98 0.000035 Reynolds Number yang digunakan adalah 12,52 x 10 5 sehingga aliran sudah mencapai turbulent. 30

3. Hasil dan Pembahasan Velocity Magnitude Aliran yang datang melewati sebuah plat datar akan selalu diawali dengan terbentuknya aliran laminar. Sejalan dengan pertumbuhan boundary layer maka aliran tersebut menuju transisi aliran, hal ini dinyatakan dengan bilangan Reynolds untuk aliran ekternal. Apabila nilaireynolds tersebut melebihi 5x10 5 maka aliran dinyatakan sebagai aliran turbulent. Gambar 6 menunjukkan kontur velocity magnitude dari inlet sampai dengan x = 100 cm sedangkan gambar 7 menunjukkan perbesaran gambar kontur velocity magnitude pada sisi inlet dan x = 0,276. Perbedaan warna menunjukkan perbedaan nilai dari velocity. Kontur velocity magnitude menunjukkan bahwa boundary layer thickness berkembang terus menerus ketika melintasi permukaan plate dari sisi inlet sampai dengan outlet. Hal ini sesuai dengan perkembangan aliran dari laminar, transisi dan turbulen sebagaimana ditunjukkan pada gambar 6. Hal ini penting untuk ditunjukkan karena masing-masing boundary layer thickness-nya berbeda. Dimungkinkan aliran yang sudah mendekati x = 0,27 mengalami transisi dari laminar ke turbulen karena perubahan boundary layer thickness-nya sudah tidak begitu signifikan. Pada gambar 6 dan 7 tampak bahwa di luar boundary layer region tidak terpengaruh efek viscous. Gambar 6. Kontur Velocity Magnitude (Hasil Ansys Fluent 15) Gambar 7. Kontur Velocity Magnitude (Diperbesar) di depan sisi Inlet dan Outlet (Hasil Techplot 360) 31

Gambar 8. menunjukkan profil kecepatan dari simulasi numerik yang diplot sepanjang pelat datar. Gambar 9 merupakan velocity profile di sisi inlet dan gambar 10 merupakan velocity profile pada sisi outlet. Velocity profile yang terbentuk menunjukkan momentum dari aliran masih dapat mengatasi gaya gesek sepanjang permukaan plate. Di sekitar x = 100 cm ditunjukkan bahwa aliran belum mengalami separasi. Dari velocity profile yang terbentuk juga menunjukkan bahwa boundary layer terbentuk dengan lambat sampai dengan x = 100 cm. Pada sisi outletsebagaimana terlihat pada gambar 11belum tercapai fully developed karena profil kecepatan masih mengalami perubahan meskipun sangat sedikit dan terus menerus sampai dengan sisi outlet. Gambar 8. Velocity Vector (Hasil Ansys Fluent 15) Gambar 9. Velocity Vector (Diperbesar) sedikit di depan Inlet (Hasil Ansys Fluent 15) Gambar 10. Velocity Vector (Diperbesar) sekitar x = 100 cm (Hasil Ansys Fluent 15) 32

Gambar 11. Velocity Vector (Diperbesar) di sekitar outlet (Hasil Techplot 360) Shear Stress Hubungan antara tegangan geser dan viskositas dan perubahan kecepatan dapat dipahami pada kasus aliran diantara dua plat datar. Misalkan jarak antar plat adalah y dan diantara plat tersebut terdapat fluida dengan isi yang homogen. Asumsikan bahwa plat sangat luas. Dengan luas A yang besar, pengaruh sisi dapat dianggap tidak ada. Pada plat bagian bawah dianggap tetap lalu diberikan gaya sebesar F pada plat atas. Bila ternyata gaya ini menyebabkan material diantara dua plat bergerak dengan perubahan kecepatan u, gaya yang diberikan proposional dengan luas dan perubahan kecepatan. Gambar 12. Perubahan bentuk akibat dari penerapan tegangan geser Gaya yang diberikan sebanding dengan luas dan gradien kecepatan dalam fluida: F = μa θu θy Persamaan ini dapat dinyatakan dalam tegangan geser τ = F A sehingga : τ = μ θu θy dimana; = tegangan geser (N/m 2 ) = viskositas dinamik (N.s/m 2 ) A = luas penampang lempeng (m 2 ) δu/δy = gradien kecepatan (s -1 ) Namun untuk aliran turbulen berlaku : τ = μ θu θy ρu v = τ lam + τ turb 33

Dimana ρu v adalah tegangan Reynolds (Reynolds Stress). Pada aliran laminar u dan v adalah 0. Sehingga u v = 0. Untuk aliran turbulen didapati bahwa ρu v adalah positif sehingga tegangan geser lebih besar terjadi pada aliran turbulen dibandingkan pada aliran laminar. Terlihat pada persamaan di atas bahwa tegangan geser di dalam aliran turbulen tidak semata-mata sebanding dengan garadien kecepatan rata-rata menurut waktu namun tegangan geser tersebut juga mengandung kontribusi fluktuasi acak komponen-komponen x dan y dari kecepatan. (Munson, 2009). Meskipun besaran relatif dari τ lam dibandingkan τ turb merupakan fungsi kompleks yang tergantung pada aliran tertentu yang terlibat hasil simulasi menunjukkan sebagaimana gambar 13. Di daerah daerah yang sangat sempit di dekat dinding (viscous sublayer), tegangan geser laminar mendominasi. Menjauh dari dinding, porsi turbulen dari tegangan geser mendominasi. Transisi antara kedua daerah ini terjadi pada overlap layer. Pada gambar 14, gambar 15, dan gambar 16 ditampilkan perbandingan hasil simulasi tegangan geser sepanjang plat datar beberapa turbulence model dengan y + yang berbeda. Didapatkan bahwa semakin baik nilai y + maka akan mendapatkan hasil yang lebih baik. Semakin rapat meshing di sekitar wall akan meningkatkan sensitivitas simulasi ketika iterasi dilakukan. Dengan nilai y + 1 akan mendapatkan hasil yang terbaik meskipun menggunakan turbulence model yang berbeda baik k ε Standard, k ε RNG maupun k ε Realizable. Pada gambar 17, gambar 18, gambar 18, dan gambar 19 ditampilkan perbandingan hasil simulasi tegangan geser sepanjang plat datar dengan y + yang sama pada turbulence model yang berbeda. Didapatkan bahwa k ε Realizable mendapatkan hasil yang lebih baik disusul k ε RNG dan k ε Standard.k εrealizable mampu mengukur tegangan geser yang lebih sensitif dibandingkan k ε RNG dan k ε Standard. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian Mulvany (2004) bahwa k ε Realizable mendapatkan hasil yang lebih baik dibandingkan k εrng dank ε Standard Gambar 14. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi k εstandard dengan y + yang berbeda 34

Gambar 15. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi k εrng dengan y + yang berbeda Gambar 16. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi k εrealizable dengan y + yang berbeda Gambar 17. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi pada y + 30 dengan turbulence model yang berbeda 35

Gambar 18. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi pada y + 10 dengan turbulence model yang berbeda Gambar 19. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi pada y + 5 dengan turbulence model yang berbeda Gambar 20. Tegangan geser pada flat plate hasil simulasi pada y + 1 dengan turbulence model yang berbeda 4. Kesimpulan Penggunaan Computational Fluid Dynamic (CFD) telah dilaksanakan pada penelitian ini. Hasil penelitian ini memperlihatkan bahwa k ε Realizable mendapatkan hasil yang lebih baik disusul k ε RNG dan k ε Standard.k ε Realizable mampu mengukur tegangan geser yang lebih sensitif dibandingkan k ε RNG dan k ε 36

Standard. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian Mulvany (2004) bahwa k ε Realizable mendapatkan hasil yang lebih baik dibandingkan k ε RNG dan k ε Standard. Dari velocity profile yang terbentuk juga menunjukkan bahwa boundary layer terbentuk dengan lambat sampai dengan x = 100 cm. Pada sisi outlet belum tercapai fully developed karena profil kecepatan masih mengalami perubahan meskipun sangat sedikit dan terus menerus sampai dengan sisi outlet. Referensi [1]. Fluent Inch (2005), Flow Over Cylinder, Flow Lab 1.2. [2]. Fox, Robert W., Mc Donald, Alan T., and Pritchard, Philip J. (2004), Introduction to Fluid Mechanics, 6th edition, John Wiley and Sons, New York. [3]. Khatri, Rajesh, Pankaj Agrawal, Mohan Gupta, Jitendra Verma(2012),Laminar Flow Analysis Over A Flat Plate By Computational Fluid Dynamics, International Journal of Advances in Engineering & Technology. [4]. Mulvany, Nicholas J., Li Chen, Jiyuan Y. Tu, Brendon Anderson (2004), Steady State Evaluation of Two Equation RANS Turbulence Models for High Reynolds Number Hydrodynamic Flow Simulations, Final Report, Defence Science and Technology Organisation, Departement of Defence, Australian Goverment 37