Pada kasus ini, kita akan mengalirkan
fluida dengan kecepatan tertentu di atas sebuah pelat. Aliran di atas plat
tersebut akan menyebabkan terbentuknya profil aliran kecepatan dimana aliran
pada lapisan permukaan pelat memiliki kecepatan yang cukup kecil dan berkembang
pada nilai tinggi tertentu di atas lapisan permukaan plat. Untuk mengetahui
profil kecepatan tersbut, maka kita melakukan simulasi menggunakan CFD. Data hasil
simulasi yang dilakukan digunakan untuk perhitungan secara numeric sehingga
grafik profil kecepatan dapat diketahui. Berikut adalah langkah-langkah yang
dilakukan :
1. Membuat Domain dengan menu Atur
Domain. Domain yang dibuat adalah panjang 1 m dan tinggi 0.1 m, dengan jumlah
cell panjang 50 cell dan jumlah cell tinggi 20 cell.
2. Inlet 1 dialirkan oleh input
kecepatan u sebesar 0.001 m/s dan inlet 2 diset dengan tekanan 0 Pa
3. Masukkan nilai Konstanta fisikal dari
fluida dengan memasukkan nilai densitas air 1000 kg/m3 dan viskositas air
9x10E-4 kg/ms
4. Lakukan Iterasi
5. Hasil yang didapatkan adalah sebagai
berikut :
Gambar di atas merupakan profil kecepatan dari aliran tersebut. Terlihat bahwa kecepatan pada permukaan pelat lebih kecil dan membentuk pola seperti berikut :
Data kecepatan fluida di setiap titik adalah sebagai berikut :
Untuk mendapatkan fungsi profil
kecepatan, maka kita menggunakan perhitungan numeric dengan metode regresi polynomial
dan eleminasi Gaus, dengan menggunakan Visual Basic.
Dengan menggunakan program ini untuk menemukan fungsi profil kecepatan, kita mengambil setiap titik pada grid i tertentu. Kita akan mengambil pada grid 1 ke-30 dan 45
.Fungsi Kecepatan Aliran adalah U = y = -1.8x2 + 0.000186 x -5,7.10-6
Dari kedua persamaan di atas diketahui bahwa kedua persamaan tersebut memiliki persamaan yang cukup identik. Hal itu menunjukkan bahwa pola aliran sepanjang
aliran fluida adalah sama sehingga dapat dikatakan bahwa kecepatan aliran di
atas pelat datar di sepanjang aliran memiliki fungsi kecepatan, yaitu :
U = y = -1.8x2 + 0.00018 x -6.10-6
Dilihat dari kontur kecepatan,
maka dapat disimpulkan bahwa kecepatan fluidayang semakin mendekati pelat datar memiliki
kecepatan yang semakin kecil dan 0 m/s pada permukaan pelat. Hal itu dapat terjadi karena aliran fluida pada permukaan plat mengalami hambatan sehingga fluida tertahan
oleh hambatan yang disebabkan gesekan antara fluida dan pelat.
II. HAMBATAN PLAT
Ketika sebuah fluida
mengalir dan bersinggungan dengan suatu permukaan, terjadi gesekan antara
fluida dengan permukaan tersebut. Hambatan yang terjadi pada fluida diakibatkan
oleh viskositas fluida tersebut. Selain itu, hambatan tersebut diakibatkan oleh keofisien gesekan dari permukaan pelat dan tegangan gesernya.
dengan dp / dx merupakan τ atau tegangan geser, sehingga persamaan di atas menjadi
Hubungan antara tegangan geser dan koefisien gesek adalah :
Sehingga persamaan untuk mencari koefisien gesek adalah
Untuk mendapatkan nilai koefisien gesek (hambatan plat) maka kita menggunakan persamaan kecepatan pada soal nomor 1 dan menurunkannya.
U = -1.8y2 + 0.00018 y -6.10-6
U' = -3.6y + 0.00018
Nilai U tersebut kita masukkan pada y = 0 tepat pada permukaan plat, sehingga didapatkan U' = 0.00018.
Dengan nilai densitas air 1000 kg/m3, viskositas air 9x10E-4 kg/ms, dan kecepatan rata-rata 0.000967 maka :
Cf = (0.0009 x 0.00018 x 2) / 1000 x (0.000967)^2 = 0.00035.
Jadi koefisien gesek pada permukaan pelat tersebut adalah 0.00035.
No comments:
Post a Comment