1. SEKILAS TENTANG CFD (Computational Fluids Dynamics)
1.1 Apa Itu CFD (Computational Fluids Dynamics) ?
Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah pemanfaatan komputer untuk menghasilkan informasi tentang bagaimana fluida mengalir pada kondisi tertentu. CFD digunakan untuk membuat prediksi aliran fluida di dalam suatu sistem tertentu pada suatu kondisi yang ditentukan. Dengan menggunakan CFD, prediksi aliran fluida di berbagai sistem dapat dilakukan dengan biaya yang lebih murah dan waktu yang lebih cepat dibandingkan dengan metode eksperimen seperti menggunakan terowongan angin (wind tunnel). Hasil prediksi aliran fluida menggunakan CFD juga lebih lengkap dibandingkan metode eksperimen yang banyak terbentur masalah ketersediaan, presisi dan akurasi alat ukur. CFD mencakup berbagai disiplin ilmu termasuk matematika, ilmu komputer, fisika dan teknik. Untuk membuat prediksi aliran fluida dengan menggunakan CFD dibutuhkan suatu pemahaman tentang bagaimana fluida bergerak. Karena kompleksnya permasalahan aliran fluida maka untuk memahami pergerakan fluida terlebih dahulu harus memahami sifat dari aliran fluida tersebut. Di dalam literatur mekanika fluida umumnya aliran fluida dikategorikan sebagai berikut:
a. Aliran viskos dan inviscid
b. Aliran mampumampat dan tak mampumampat
c. Aliran laminar dan turbulen
Selain kategori tersebut beberapa kondisi khusus seperti aliran di dalam pipa, pompa dan turbin juga menjadi perhatian di dalam pembuatan CFD. Klasifikasi aliran fluida ini menjadi sangat penting dan menjadi dasar untuk memahami pergerakan fluida sebagai upaya untuk membuat sebuah prediksi aliran fluida dengan menggunakan komputer.Validitas hasil simulasi komputer sangat bergantung kepada pemahaman si pengguna atau user Program CFD terhadap sifat – sifat dan mekanisme aliran fluida yang menjadi perhatiannya. Sehingga sangat mungkin apabila hasil simulasi aliran fluida dengan menggunakan CFD tidak sesuai dengan kenyataan.
1.2. Penerapan CFD Dalam Memperkirakan Gerakan Fluida
Bagaimana Penerapan CFD dalam memperkirakan gerakan fluida ? Konsep konservasi massa, momentum dan energi diterapkan dalam medan aliran fluida. Model matematis rumit yang terbentuk merupakan persamaan diferensial parsial dengan ketidak-liner-an yang tinggi. Model ini diselesaikan secara numerik karena persamaan-persamaan diferensial tersebut, terutama untuk aplikasi nyata, tidak mungkin dipecahkan dengan analitis (menggunakan teori kalkulus). Prosedur perhitungan numerik yang melibatkan banyak persamaan-persamaan aljabar dituangkan dalam sebuah program komputer atau software CFD.
1.3 Contoh-Contoh Software CFD
CFDSOF, SolidWorks Flow Simulation, Phoenics, Fluent dan masih banyak lagi.
1.4 Bidang-Bidang Penerapan CFD
Dibidang apa sajakah CFD diterapkan ? Penerapan atau aplikasi CFD sangatlah luas. Berikut adalah beberapa contoh ; Enjniring Prosess & Chemical, Desain dan Analisis Pembakaran (termasuk pembakaran gas, pembakaran bbm, pembakaran batubara), Desain, Aerodinamika (Otomotif, Penerbangan, dll), Pendinginan Komponen, Elektronika (Industri Eleltronik, Manufaktur, dll, Pembangkit Tenaga (Listrik), Materials Processing, Spray Drying/Cooling, Gas Cleaning, Desain Arsitektural (Aliran Udara/Polutan Internal/Eksternal Bangunan), Fire Research dan masih banyak lagi.
1.5 Cara Software CFD Melakukan Perhitungan Dinamika Fluida
Bagaimana Software CFD melakukan perhitungan dinamika aliran fluida ?
Paket Software CFD terdiri dari tiga bagian / modul yaitu:
a. Pre-processor ( input data untuk membangun model CFD). Pre-Processor terdiri dari masukan dari masalah ke program CFD dengan menggunakan antarmuka operator dan transformasi berikutnya dari masukan ini ke dalam bentuk yang cocok untuk digunakan oleh solver. Tahapanya adalah sebagai berikut:
Membangun geometri
Membangun mesh
Memilih fenomena fisikal dan chemical yang akan dimodelkan.
Input data sifat fluida kerja (massa jenis, viskositas, konduktivitas, dll)
b. Input kondisi batas aliran (pindah panas, turbulensi,dll)Solver (processor) (melakukan proses perhitungan-perhitungan numerik utama). Ada tiga teknik penyelesaian numerik: beda hingga (finite difference), elemen hingga (finite element) dan metode spektral. Tahapan dari solver adalah sebagai berikut:
Membangun governing equation aliran fluida dan model fisika
Deskritisasi governing equation dengan manipulasi matematik
Menyelesaikan persamaan aljabar
c. Post-processor (mengolah dan menyajikan hasil-hasil perhitungan numerik baik secara grafis atau kontur dan melakukan perhitungan sekunder berdasarkan nila-nilai variable dasar (kecepatan-kecepatan, tekanan dan temperatur) seperti koefisien gesek, fluks panas, gaya-gaya aerodinamika dll.
Geometri domain dan tampilan grid
Pola aliran (vektor dan kontur kecepatan)
Distribusi tekanan
Distribusi temperatur
Perhitungan sekunder seperti parameter desain contoh : Cd, Cl, Fluk kalor
Plot permukaan 2 D & 3D
I'm Ali Sungkar 