Hasil Akhir Aliran Internal Laminar

Inilah hasil simulasi CFDSOF aliran internal laminar yang saya kerjakan, dan bisa dilihat di video yang telah saya upload. Dari gambar terlihat perbedaan tekanan dari bagian yang terdekat dengan dinding pipa sampai aliran yang ada di dalamnya. Selain itu, pada bagian dinding pipa yang mempunya tegangan gesernya sama dengan nol. Pada pembuatan aliran ini, saya membuatnya denga mengatur beberapa wall agar terlihat perbedaan tekanannya. Rumus dari gaya Wall adalah

Nah, dari gambar ini kita juga bisa melihat perhitungan dari gaya wallnya yaitu,

Prosedur Simulasi Aliran Eksternal Laminar

1.Buka Aplikasi CFDSOF, pilih Input-Alokasi Memori-Ya.

2.Pilih Input-Domain, lalu Atur dimensinya ( P,T,L ) dan Jumlah Cell, lalu pakai dan tutup.

3. Pilih Input-Model, pakai dan tutup

4.Pilih Input-Atur Cell- Zona Tipe : W-Wall ; ID : 1

5. Pilih Zona Tipe : Inlet ; ID : 1, ini berguna sebagai saluran masuk fluida

6.Pilih Zona Tipe : Outlet ; ID : 1, ini berguna sebagai saluran keluar fluida

7.Pilih Zona Tipe : W-Wall ; ID : 2 dan lakukan langkah yang sama dengan hanya menukar ID nya mulai dari 3 sampai 6. Membuat wall yang berbeda agar terlihat saat simulasi terlihat perbedaan tekanannya. Lalu tayang, sehingga terlihat hasil akhirnya

8. Pilih Input-KS-Zona tipe : Inlet- Setting- Atur kecepatannya ( U ).

9. Ketik in-kf-dn-vs masukkan sesuai dengan fluida yang akan kita pakai.
10. Pilih Olah-Iterasi, masukkan jumlah iterasinya

11. Pilih Hasil-Kontur-Kecepatan-Velocity Magnitude-Tayang, lalu hasil akhirnya

Terlihat perbedaan tekanan disetiap wallnya

12. Ketik es-es-al-pv-gw lalu akan terlihat hasil gaya wall disetiap wallnya

Video Simulasi Aliran Eksternal Laminar

Video Simulasi Aliran Internal Laminar

Pembahasan Soal 8.20 ( Buku Munson )

Minyak (berat spesifik = 8900 N/m³, viskositas = 0,10 N.s/m²) mengalir melalui sebuah tabung horizontal berdiameter 23mm seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Sebuah manometer tabung-U digunakan untuk mengukur penurunan tekanan sepanjang tabung. Tentukan kisaran dari nilai h agar alirannya laminer!

Diketahui :

Ditanya  :  h =.....?

Jawab    :  

Untuk aliran laminar, Re kecil sama 2100, dimana massa jenis adalah gamma dibagi grafitasi. Maka, nilai minimum h adalah h = 0 (tidak ada aliran) dan nilai maksimum h adalah untuk Re = 2100. Sehingga,

Untuk fluida viskos yang mengalir,

dengan z₁ = z₂ dan V₁ = V₂ = V. Sehingga,

Penjelasan Teori Soal 8.20 ( Buku Munson )

dE adalah energi total pada sebuah sistem dimana energi potensial dan energi kinetik. 2 energi ini merupakan energi dasar pada alam. Perubahan energi merupakan input dari sebuah system.

W adalah kerja yang dihasilkan oleh gaya. Karena energi digunakan oleh sistem, sistem menghasilkan output  berupa kerja.

Q adalah panas yang dihasilkan oleh sistem. Panas adalah hasil dari output. Hampir tidak ada system yang ideal, sehingga tidak mungkin semua input bisa dijadikan output, oleh karena itu harus ada yang hilang karena interaksi dari sistem itu sendiri.

Persamaan Bernoulli yang di bawah ini,

memiliki satu energi  dan dua kerja. Kerugian nya tidak diikutkan dalam persamaan tersebut, Jika kerugiannya diikut sertakan,Bernoulli akan bekerja pada kondisi real, dan persamaan menjadi,

Dalam persamaan Bernoulli, tidak ada energi yang hilang,namun berubah ke bentuk lain. Persamaan Bernoulli hanya berlaku pada fluida ideal.

z 2 = losses (kerugian) yang terjadi akibat perubahan tekanan statik. Losses ini berupa panas yang didistribusikan ( didisipasi ) kelingkungan sehingga  tidak terdeteksi adanya perubahan temperatur. Pengukuran statik dilakukan  pada tempat yang stagnan sehingga yaitu kinetik. hasil yang didapat bisa dibilang akurat.

Lapisan Batas ( Boundary Layer )

Fluida yang mengalir pada suatu permukaan benda, baik aliran tersebut laminar maupun turbulen, maka partikel-partikel fluida di sekitar permukaan akan bergerak lambat akibat gaya viskos. Patikel-partikel fluida yang berdekatan ke permukaan menempel pada permukaan tersebut dan kecepatannya adalah nol relative terhadap batas. Partikel fluida yang lain berusaha bergerak lambat di atas partikel yang relatif diam tersebut sebagai akibat interaksi antara gerakan fluida yang cepat dan fluida yang lambat. Hal ini merupakan fenomena yang dapat meningkatkan gaya atau tegangan geser. Lapisan fluida yang kecepatannya terpengaruh oleh tegangan geser batas akibat viskositas disebut lapisan batas ( boundary layer ). Daerah yang melingkupi permukaan aliran, dimana tepat di bawah permukaan lapisan batas  terdapat hambatan akibat pengaruh gesekan fluida dan tepat di atas lapisan batas aliran fluida adalah tanpa hambatan.

Ada 2 buah plat yang dipisahkan oleh fluida. Pada plat bawah diam, sedangkan pada plat atasnya bergerak dengan kecepatan U dan terdapat gaya P yang menggerakkan. Plat tersebut mempunyai luas penampang A. Gaya P menghasilkan shear stress. Shear stress dihasilkan oleh viskositas dinamis dikali kecepatan plat dibagi dengan jarak antar plat. Rumus shear stress :

 U/b adalah laju perubahan angular fluida atau disebut juga gradien kecepatan. Karena adanya pesamaan diatas, antara lapisan fluida mempunyai kecepatan yang berbeda beda sebagai fungsi dari y, sehingga masing-masing lapisan fluida bergerak relative satu sama lain. Lapisan yang semakin dekat plat diam maka akan mempunyai kecepatan yang semakin kecil dan membentuk lapisan batas. Jadi, jika shear stressnya semakin besar maka lapisan batasnya juga semakin besar.

 Lapisan batas adalah pendekatan untuk memperkirakan pada daerah viskos ( dalam lapisan batas ) dan non viskos ( luar lapisan batas ). Aliran non viskos adalah aliran yang tegangan geser adalah nol antara fluidanya. Namun, untuk aliran viskos tegangan geser diperhitungkan.