CFDSOF : Pengaruh Perbedaan Nilai Densitas dan Viskositas dalam Simulasi

Melanjutkan link berikut :

http://andiramuhammad.blogspot.com/2013/03/computational-fluid-dynamics-cfd.html

Sebelum penjelasan lebih detail, berikut skematik dari analisis billboard yang akan diguankan dalam simulasi menggunakan software CFDSOF :

 
Ilustrasi konstruksi dari domain peletakan billboard pada cell CFDSOF (kiri); Skematik dari billboard beserta gaya-gaya yang bekerja (kanan).

Mungkin banyak yang belum mengetahu bahwa default setting dari CFDSOF menggunakan air sebagai fluidanya sehingga, densitas awal dari fluida adalah densitas air (1000 kg/m³) dan viskositas air. Padahal, dalam simulasi analisis billboard, fluida yang bekerja adalah udara dalam bentuk angin. Sehingga apabila pengaturan tidak diubah, itu sama saja kita melakukan simulasi bahwa billboard terendam di dalam air dan terkena arus air sebesar 5 m/s. Tentunya ini adalah kesalahan besar.

Sehingga dalam pengaturan konstanta fisikal, nilai densitas diubah menjadi densitas udara, yaitu sekitar 1,2 kg/m³ dan viskositas udara sekitar 0,0000175 kg/m.s pada tekanan atmosfer.

Perbedaan mencolok adalah, ketika dilakukan iterasi, apabila densitas air yang digunakan (default setting), maka hasil iterasi akan dapat bekerja untuk lebih dari satu persamaan (misal kecepatan arah U dan Tekanan). Namun, hasil akan menjadi divergen apabila dilakukan iterasi untuk fluida dengan densitas udara apabila dilakukan iterasi untuk lebih dari 1 persamaan. Namun, hasil iterasi akan konvergen apabila iterasi hanya dilakukan untuk persamaan kecepatan arah-U. Bahkan hasil iterasi akan berhenti sendiri karena kriteria konvergensi terpenuhi. Berikut perbandingan hasil simulasi untuk kontur kecepatan arah X (kecepatan U) menggunakan CFDSOF.

Untuk densitas dan viskositas air :

 

Untuk densitas dan viskositas udara :

Dari hasil simulasi tersebut dapat kita pahami bahwa nilai densitas dan viskositas tentunya mempengaruhi besarnya nilai bilangan Reynolds (Re) karena bilangan Reynolds merupakan fungsi dari densitas, kecepatan alira, panjang karakteristik (Lc), dan viskositas. Sehingga deskripsi aliran yang menyatakan aliran itu laminar atau turbulen didasarkan pada nilai Reynolds dari fluida yang bekerja. Bilangan Reynolds rendah belum tentu berarti alira tersebut laminar, karena yang dilihat adalah selam fluida mengalir apakah terjadi keacakan pada aliran atau tidak. Hal ini juga mempengaruhi persamaan-persmaan konservasi massa dan momentum pada perhitungan CFDSOF yang menentukan apakah hasil iterasi konvergen atau divergen.