PDF Modul Ansys 162 1 PDF [PDF]

Citation preview

PANDUAN Praktikum ANSYS FLUENT Disusun Tim Pengajar Praktikum ANSYS FLUENT Dr. Ismail., ST., MT Dr. Damora Rhakasywi., ST., MT Erlanda Augupta Pane S.TP., M.Si



Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila 2017



LEMBAR PENGESAHAN Setelah dilakukan pemeriksaan terhadap modul praktikum Ansys Fluent di bawah ini, dapat disimpulkan bahwa modul ini dapat digunakan sebagai bahan praktikum untuk Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila yang diadakan pada tanggal 5, 12, dan 19 Agustus 2017. Modul praktikum Ansys Fluent ini memiliki deskripsi mengenai Ansys FLUENT dan contoh-contoh soal yang membantu  para praktikan. Pengembangan materi pada modul ini dapat dilakukan untuk meningkatkan kualitas modul yang lebih baik untuk ke depannya.



 NAMA MODUL



: Modul Praktikum Ansys Fluent



VERSI



: I (satu)



DIBUAT TAHUN



: 2017



Demikian modul praktikum tersebut untuk dapat digunakan sebagaimana mestinya.



Jakarta, Agustus 2017 a.n. Ketua Program Magister Teknik Mesin Sekretaris Program Magister,



(Dr.Ir. Dwi Rahmalina, MT)



ii



KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih dan limpahan karuniaNya yang begitu besar, sehingga penulis dapat menyelesaikan Modul Praktikum ANSYS FLUENT dengan baik.



Adapun tujuan penyusunan dari modul ini adalah untuk sarana penunjang praktikum simulasi ANSYS FLUENT  pada Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasila Jakarta. Semoga modul praktikum ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Penulis meminta maaf jika ada kesalahan dalam pembuatan Modul Praktikum ini. Oleh karena itu, penulis menerima dengan



tangan terbuka segala saran, kritik, dan masukan yang bermanfaat dalam menyempurnakan modul praktikum ini. Akhir kata, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah memberi masukan dan bantuan serta bagi para  pembacanya.



Jakarta, Jakarta ,



Agustus 2017



Penulis



iii



DAFTAR ISI



LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. ii KATA PENGANTAR ..................................................................................... iii 1.



PENDAHULUAN ......................................................................................... 1



2.



MENDESAIN DAN MENGANALISIS GAMBAR..................................... 4



3. TUTORIAL ALIRAN UDARA PADA PIPA 2D ....................................... 46 4. TUTORIAL REAKSI PEMBAKARAN GAS ETANA DAN .................... 57 5.



TUTORIAL SIMULASI ALIRAN AIR PADA SOLAR............................72



6.



TUTORIAL ALIRAN GAS ETHANA (C 2H6) PADA NOZZLE- .............88



7. TUTORIAL PEMBAKARAN GAS ETHANA (C 2H6) PADA TABUNG PEMBAKARAN-3D ................................................................................... 92 8. TUTORIAL ANALISIS KOEFISIEN DRAG DAN LIFT ....................... 100



1.



PENDAHULUAN



Aliran fluida, baik cair maupun gas, adalah suatu zat yang sangat kentara dengan kehidupan kita sehari-hari. Misalnya saja pengondisian udara bagi bangunan dan mobil, pembakaran di motor bakar, interaksi berbagai objek dengan udara atau air, aliran kompleks pada penukar panas dan reaktor kimia, dan lain sebagainya ternyata cukup menarik untuk diteliti, diselidiki, dan dianalisis. Untuk kebutuhan penelitian tersebut bahkan sampai dengan tingkat desain, perlu dibutuhkan suatu alat yang mampu menganalisis atau memprediksi dengan cepat dan akurat. Maka,  berkembanglah suatu ilmu yang dinamakan Computational Fluid Dynamics (CFD). Secara definisi CFD adalah ilmu yang mempelajari cara memprediksi aliran fluida,  perpindahan panas, reaksi kimia, dan fenomena lainnya dengan menyelesaikan  persamaan-persamaan matematika (model matematika). Sebuah perangkat lunak ( software) CFD memberikan kekuatan untuk mengsimulasikan aliran fluida, perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda  bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, interaksi fluida dengan struktur, dan sistem akustik hanya dengan pemodelan di komputer. Salah satu jenis program CFD tersebut adalah FLUENT. FLUENT menggunakan metode volume hingga ( finite volume method ), dengan menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah. FLUENT memiliki struktur data yang efisien dan lebih fleksibel, sehingga dapat dijalankan sebagai proses secara terpisah ataupun  bersamaan secara simultan pada klien dekstop workstation dan komputer server. Semua fungsi yang dibutuhkan untuk menghitung suatu solusi dan menampilkan hasilnya dapat diakses pada FLUENT melalui menu yang interaktif. 1.1. TAHAPAN UNTUK MENJALANKAN PROGRAM ANSYS FLUENT



Program ANSYS FLUENT WORKBENCH bisa dijalankan setelah masuk ke dalam sistem operasi Windows terlebih dahulu. Adapun langkah-langkahnya adalah sebagai  berikut : • Komputer dihidupkan • Kemudian masuk ke dalam sistem operasi Windows • Klik tombol Start yang terletak pada taskbar • Klik program Workbench • Atau klik dua kali (double) pada icon ANSYS WORKBENCH



Gambar 1. Dekstop Windows



Pada saat pertama kali aplikasi ANSYS FLUENT WORKBENCH dijalankan, jendela depan ANSYS FLUENT WORKBENCH terbuka sesuai dengan Gambar 2 berikut.



Gambar 2. Jendela Depan ANSYS FLUENT WORKBENCH 1.2. Ruang Lingkup ANSYS FLUENT WORKBENCH



Sekarang Gambar 3 menunjukkan tampilan halaman ruang kerja ANSYS FLUENT WORKBENCH dengan setting default .  Nama File Gambar Standard Menu Project Schematic Toolbox



Scroll Bars



Show Messages



Gambar 3. Tools Pada ANSYS FLUENT WORKBENCH  







Nama File Gambar Menampilkan nama file dengan ekstension .wbpj Standard Menu Berisi icon standar perintah-perintah umum dalam ANSYS FLUENT WORKBENCH. [File, View, Tools, Units, Extensions, Help] Terdiri dari icon-icon sistem yang digunakan pada Toolbox mendesain gambar hingga menganalisis gambar,



2.



MENDESAIN DAN MENGANALISIS GAMBAR



Proses desain dan analisis gambar yang dilakukan pada ANSYS FLUENT WORKBENCH ini dapat dilakukan dalam bentuk gambar 2D maupun gambar 3D. Proses analisis yang dilakukan dapat dibagi bermacam-macam, antara lain analisis aliran fluida pada benda ataupun sistem, analisis manufaktur benda ataupun sistem, dan lain-lain. Pada saat ini lebih diarahkan dan terfokus pada analisis aliran fluida pada  benda ataupun sistem. Proses analisis aliran fluida tersebut menggunakan menu toolbox pada sub menu analysis systems dengan menggunakan  Fluid Flow (Fluent). Adapun tahap-tahapan yang dilakukan yaitu Buka lembar kerja ANSYS FLUENT WORKBENCH Pada menu toolbox pilih Analysis Systems > Fluid Flow ( Fluent )  



Fluid Flow (Fluent)



Gambar 4. Tools Fluid Flow (Fluent) Pada ANSYS FLUENT WORKBENCH Drag Fluid Flow ( Fluent ) menuju Project Schematic kemudian di Drop Pada Fluid Flow ( Fluent ) terdapat sub menu bagian antara lain Geometry, Mesh, Setup, Solution, Results.



 



Gambar 5. Sub-bagian Tools Fluid Flow (Fluent)











Geometry Bagian ini memiliki fungsi untuk melakukan desain  bentuk geometri gambar sistem ataupun objek yang dibuat Bagian ini memiliki fungsi untuk melakukan Mesh meshing (grid) gambar yang telah dibentuk. Tujuan dari proses meshing ini yaitu membagi







Setup







Solution







Result



sistem ke dalam bentuk bagian yang lebih kecil dari keseluruhan sistem untuk melihat secara detail hasil analisis aliran fluida yang terdapat pada sistem tersebut ke depannya. Apabila proses meshing yang dilakukan menghasilkan grid cukup  besar maka mengakibatkan analisis aliran fluida yang terjadi tidak terlalu baik, dengan  penyimpangan cukup besar begitu juga dengan sebaliknya Bagian ini memiliki fungsi untuk melakukan analisis gambar yang telah dilakukan proses meshing sebelumnya. Analisis yang dilakukan  pada bagian ini antara lain analisis reaksi kimia antara sistem dengan lingkungan, perpindahan massa, perpindahan energi, dan lain-lain. Penentuan dan pemberian data parameter yang  berpengaruh pada sistem tersebut dilakukan pada  bagian ini. Analisis yang digunakan pada bagian Setup menggunakan persamaan-persamaan model matematika. Merupakan sub-bagian dari Setup, berfungsi menjalankan (running ) perhitungan analisis aliran fluida hasil penentuan data parameter pada bagian Setup Merupakan sub-bagian dari Setup, berfungsi untuk menampilkan hasil dari proses perhitungan analisis aliran fluida pada Solution sebelumnya. Hasil yang didapatkan berupa data grafik, animasi, dan laporan  perhitungannya.



2.1 GEOMETRY



Geometry merupakan bagian dari Fluid Flow ( Fluent ) untuk mendesain  bentuk geometri suatu sistem ataupun objek. Geometry ini menggunakan  Design Modeler (DM) sebagai aplikasi menggambar desain model yang memiliki mekanisme kerja serupa dengan SolidWork , maupun  AutoCAD. Gambar yang mampu dibuat pada DM berupa gambar 2D maupun gambar 3D. Langkah-langkah yang dilakukan untuk membuka DM tersebut yaitu Pilih Geometry pada sub-bagian Fluid Flow (e F nt  lu ) Klik kiri kursor pada bagian Geometry > New Geometry Kemudian muncul lembar kerja Design Modeler yang digunakan. Pada bagian awal lembar kerja  Design Modeler muncul kotak dialog satuan unit panjang. Satuan unit panjang ini menunjukkan ukuran yang digunakan dalam menggambar sistem ataupun objek.    



Gambar 6. Tools Ukuran Dimensi Pada Design Modeler terdapat bagian tools yang mampu difungsikan sebagai alat untuk menggambar suatu sistem ataupun objek. Bagian-bagian tersebut antara lain



Menu



 Nama File



Display Toolbar Selection



3D Features Rotation Sketch Graphics Windows Tree Outline



Triad Ruler Display



Gambar 7 Tools Design Modeler



Beberapa bagian-bagian dari  Design Modeler (DM) yang telah dijelaskan sebelumnya dapat secara terperinci dijelaskan pada bagian berikut 2.1.1. Menu Menu memiliki tools yang mampu membantu dalam Design Modeler antara lain file, create, concept, tools, view, dan help. Pada setiap tools akan dijelaskan secara terperinci sub-menu yang terdapat di dalamnya 2.1.1.1. File Menu



 No. Bagian 1.  Refresh Input



2. 3.



4. 5.



6.



7.



8. 9.



10. 11.



12. 13.



Fungsi  berfungsi untuk memberikan perintah kepada Design Modeler (DM) untuk merefresh kembali inputan data awal. Start Over  berfungsi untuk memulai kembali model  baru pada Design Modeler (DM)  Load Design Modeler  berfungsi sebagai jalan pintas secara cepat  Database untuk memasukkan file yang berbeda ke dalam Design Modeler (DM) Save Project  berfungsi untuk menyimpan project dengan extension .wbpj pada lokasi yang spesifikasi  Export  berfungsi untuk mengekspor model ke dalam aplikasi  Design Modeler (.agdb),  Parasolid (.x_t, .xmt_txt atau .x_b, .xmt_bin),  ANSYS Neutral File (.anf), dan lain-lain.  Attach to Active CAD  berfungsi untuk mengimport model ke Geometry dalam Design Modeler dari aplikasi CAD yang sedang digunakan.  Import External Geometry  berfungsi secara eksklusif untuk mengimport  File model dari luar seperti  ACIS (extension .sab dan .sat), GAMBIT (extension .dbs), CATIA V5 (extension .CATPart dan .CATProduct), dan lain-lain. Write Script : Sketch (es) of  berfungsi untuk menulis keseluruhan sketch  Active Plane yang aktif ke dalam bentuk script file.  Run Script  berfungsi untuk memulai membentuk  script dengan instruksi dalam bentuk Scripting API.  Print  berfungsi untuk print model yang telah dibuat.  Auto-Save Now  berfungsi untuk menyimpan file project yang sedang didesain secara otomatis sehingga  project yang sedang dilakukan tidak hilang secara cepat.  Restore Auto-Save File  berfungsi untuk mengembalikan file Auto save project Close Design Modeler  berfungsi untuk menutup aplikasi Design



2.1.1.2. Create Menu



 No. Bagian 1.  New Plane 2.  Extrude 3.



 Revolve



4.



Sweep



5.



Skin/Loft



6.



Thin/Surface



7. 8. 9.



 Fixed Radius Variable Radius Vertex Blend



10.



Chamfer



11.



 Pattern



12.



 Body Operation



13.



 Body Transformation



14.



 Boolean



15.



Slice



16. 17.



 Delete  Point



18.



 Primitives



Fungsi  berfungsi untuk membuat plane yang baru  berfungsi untuk membuat ketebalan suatu sketch yang aktif.  berfungsi untuk membuat ketebalan secara memutar suatu sketch yang aktif dengan memanfaatkan  besaran sudut  berfungsi untuk menghubungkan dua buah rangkaian  sketch yang berpisah, namun pada satu jalur dan dalam keadaan tertutup satu sama lain.  berfungsi untuk menentukan dua buah ataupun lebih  sketch untuk saling dihubungkan jika memiliki  jumlah edges yang sama.  berfungsi untuk membuat solids ke dalam bentuk thin solids ataupun sebuah permukaan / surface  berfungsi untuk membuat blends pada model edges  berfungsi untuk membuat blends pada model edges  berfungsi untuk membuat blends pada bagian ujung  solid, surface, ataupun line bodies.  berfungsi untuk membuat lekukan pada sketch baik  berupa lekukan menyudut maupun lekukan smooth  berfungsi unutk menggandakan faces dan bodies dalam bentuk tiga jenis yaitu linear , circular , rectangular  berfungsi untuk memanipulasi bodies dengan menggunakan enam pilihan yaitu  simplify, sew, cut material, imprint faces, slice material , dan clean bodies.  berfungsi untuk mengubah posisi bodies dengan menggunakan beberapa pilihan yaitu move, translate, rotate, mirror, scale.  berfungsi untuk membuat unite (menggabungkan) ,  substract (potongan) , intersect (slice) , atau imprint  faces pada bodies.  berfungsi untuk meningkatkan fungsi pada ANSYS  Design Modeler sebagai alat untuk menghasilkan  sweepable bodies untuk hex meshing .  berfungsi untuk menghapus sketch yang dibuat  berfungsi untuk mengendalikan penempatan dimensi titik yang disesuaikan dengan model  faces dan edges  berfungsi untuk membuat model secara cepat dengan



2.1.1.3. Concept Menu



 No. Bagian 1.  Lines From Points 2. 3. 4.



5. 6. 7. 8. 9.



10.



Fungsi  berfungsi untuk membuat line bodies berdasarkan titik point yang telah dibuat.  Lines From Sketches  berfungsi untuk membuat line bodies berdasarkan  sketches dan planes dalam bentuk faces.  Line From Edges  berfungsi untuk membuat line bodies berdasarkan model edges yang telah ada. 3D Curve  berfungsi untuk membuat line bodies yang didasarkan pada titik atau koordinat dalam bentuk 2D sketch points, 3D model vertices, dan titik Point  Feature (PF points). Split Edges  berfungsi untuk memotong model edges ke dalam  bentuk dua atau lebih potongan. Surfaces From Edges  berfungsi untuk membuat suatu permukaan ( surface) dari body edges yang telah ada. Surfaces From  berfungsi untuk membuat suatu permukaan ( surface) Sketches dari sketches yang dijadikan sebagai batasan mereka. Surfaces From Faces  berfungsi untuk membuat suatu permukaan (surface) dari faces padatan dan surface bodies yang ada.  Detach  berfungsi untuk membuat model ke dalam bentuk  bagian kecil yang banyak, dimana tiap bagian tersebut memiliki single face masing-masing. Cross Section  berfungsi untuk memberikan definisi pada line bodies berupa properti struktural (beam properties).



 No. 1. 2. 3.



4. 5. 6.



7.



8.



9.



10.



Bagian  Main Menu



Fungsi Menu ini terdiri dari menu dasar seperti  file, edit, view, units, tools,dan help Toolbar ini terdiri dari komponen perintah yang selalu Standard Toolbar digunakan untuk proses meshing Graphics Toolbar Toolbar ini terdiri dari perintah yang mengatur mode  pointer atau penyebab sebuah aksi yang terdapat di  graphics browser Context Options Toolbar Toolbar ini terdiri dari perintah task-specific yang berubah tergantung pada perintah yang terdapat di Tree Outline Unit Conversion Toolbar Toolbar ini berfungsi untuk mengubah satuan untuk variasi material yang digunakan  Named Selections Tolbar Toolbar ini mengandung opsi untuk mengatur  Named Selection yang sama dengan bagaimana ”mereka” mengatur   pada Mechanical Application  Edge Graphics Opyions Toolbar ini menyediakan akses cepat ke tools yang akan Toolbar meningkatkan abilitas anda untuk membedakan hubungan edge dan mesh pada sebuah permukaan model Tree Outline Sisi keluaran yang terlihat pada saat proses pengerjaan meshing suatu model. Lokasinya berada di outline yang di set berhubungan dengan kontrol yang lain.  Details View Details View berhubungan dengan Outline selection. Details View merupakan sebuah tampilan secara detail window yang terdapat pada bagian panel di bawah dimana mengandung secara detail model pada Outline Geometry Window Menampilkan dan memanipulasi tampilan yang menjelaskan sebuah model yang terpilih pada Outline. Tampilan window yang dimungkinkan untuk ditampilkan yaitu 3D Geometry 2D / 3D Graph Spreadsheet HTML Pages Scale ruler Triad Control Legend Catatan : Geometry window yang kemudian termasuk  splitter bars untuk saling berbagi tampilan       







11.



 Reference Help



12.



Tabs



13.



Status Bar



14.



Splitter Bar



Membuka object reference help untuk merangkum hasil  pekerjaan pada sebuah model. Bagian ini akan menginformasikan bagian tools yang membantu project yang sedang dikerjakan Dokumen tabs yang terlihat pada sisi sebelah kanan bawah window Memberikan penjelasan secara detail terhadap status project model yang sedang dikerjakan. Window mengaplikasikan splitter bars mencapai lebih dari 3 buah



Bagian-bagian dari tools meshing tersebut akan dijelaskan secara terperinci pada  bagian berikut ini 2.2.1. Main Menu Bagian main menu terdapat tools yang terdiri dari file, edit, view, units, tools, dan help.



2.2.1.1. File Menu  No. 1.



Bagian Save Project



2.



 Export



3.



Clear Generate Meshing



4.



Close Meshing



Fungsi Berfungsi untuk menyimpan data hasil proses meshing dengan data extesion *.wbpj Berfungsi untuk mengirimkan data hasil proses meshing ke  software lain dengan penyimpanan data extension *.meshdat Berfungsi untuk menghapuskan seluruh proses meshing yang telah dilakukan sebelumnya Berfungsi untuk menutup jendela meshing



2.2.1.2. Edit Menu  No. 1.



Bagian  Duplicate



2.



 Duplicate Without Results



3. 4.



Copy Cut



5.



 Paste



6. 7.



 Delete Select All



Fungsi Berfungsi untuk menduplikasikan model yang dibuat. Model dan lingkungan kerja nya yang diduplikasikan  pada  Project Schematic Level yang terdiri dari  Moving (memindahkan posisi model),  Deleting a System (menghapus sistem), dan Replacing a System (menggantikan dengan sistem yang lain) Berfungsi untuk menduplikasikan model termasuk  bagian sub-ordinat dari objek tersebut. Tools ini lebih cepat bekerja dibandingkan dengan duplicate Berfungsi untuk meng-copy sebuah model Berfungsi untuk mengambil suatu objek dan menyimpannya untuk diletakkan di tempat lain Berfungsi untuk meletakkan model hasil dari proses copy dan cut Berfungsi untuk menghapus model yang dipilih Berfungsi untuk memilih keseluruhan items model pada current selection filter type. Select All tersedia pada Context Menu jika mengklik kursor sebelah kanan pada Geometry Window



2.2.1.3. View Menu  No. 1.



2.



Bagian Shaded Exterior and Edges



Shaded Exterior



Fungsi Menampilkan model pada Graphics Window dengan  shaded exteriors dan distinct edges. Opsi ini sama seperti dengan Shaded Exterior dan Wireframe Menampilkan model pada Graphics Window dengan



3.



Wireframe



4.



Graphics Options



seperti dengan Shaded Exterior dan Wireframe. Menampilkan model pada Geometry Window dengan sebuah wireframe display. Opsi ini sama seperti dengan Shaded Exterior and Edges dan Shaded exterior Opsi wireframe tidak hanya diaplikasikan ke  geometry, mesh atau named selection displayed sebagai sebuah mesh. Tetapi berlaku juga pada  probes, results, dan variabel masukan yang lebih mudah dipahami. Ketika View > Wireframe diatur, hanya bagian exterior faces sebuah model meshing yang ditampilkan, sedangkan interior faces tidak



Membantu Anda untuk merubah opsi menggambar untuk hubungan edge. Menu ini juga menyediakan  Draw Face Mode yang membantu Anda untuk merubah  bagaimana faces ditampilkan sebagai fungsi back-face culling . Opsi yang termasuk antara lain : Auto Face Draw (default ) : menyalakan back face culling atau mematikan program yang dikontrol. Menggunakan Section Planes sebagai sebuah contoh ketika aplikasi akan dimatikan Draft Front Faces : face-culling dipaksa tetap menyala.  Back-facing faces tidak akan digunakan pada kasus lainnya selalu jika menggunakan Section Planes Draw Both Faces : back-face culling dimatikan. Front-facing dan back facing dapat kembali digunakan Cross Section Solids Menampilkan line body cross sections pada geometri (Geometry) 3D. Thick Shells and Beams Tools yang menyediakan opsi ketebalan untuk sebuah  shell atau beam  pada Graphics Window ketika mesh telah dipilih. Visual Expansion Tools yang dapat membantu menampilkan hasil  preview sebelum penyelesaian densitas nodes  pada  bagian batasan, atau dapat membantu men-confirm mesh yang diperluas di setiap kasus.  Annotation Preferences Menampilkan kotak dialog  Annotation Preferences  Annotations Menampilkan keterangan pada Graphics Window  Ruler Menampilkan ukuran skala pada Graphics Window  Legend Menampilkan hasil legend pada Graphics Window Triad Menampilkan titik koordinat sumbu-x, sumbu-y, dan sumbu-z pada Graphics Window  Eroded Nodes Menampilkan bagian yang akan dikikis pada saat  proses analisis explicit dynamics  Large Vertex Contours Digunakan pada hasil mesh node untuk mengatur ukuran tampilan dots yang menjelaskan hasil dari  proses pembuatan mesh nodes  Display Edge Direction Menampilkan arah model edge. Penunjuk arah mendekati titik tengaj sebuah edge. Ukuran panah arah disesuaikan dengan pnjang edge. Outline Expands All : Mengembalikan tree objects ke dalam bentuk kondisi semula Collapse Enviroments : merusak keseluruan tree objects di bawah environment object(s) Collapse Models : merusak keseluruan tree objects di bawah model object(s) 











5. 6.



7.



8. 9 10. 11. 12. 13. 14.



15.



16.















4.



State







Boundary Conditions







Connections







Commands



Berisi seluruh perintah-perintah yang dapat digunakan untuk , memfilterisasi suatu kondisi yang terpilih, yaitu 



All states







Suppressed







 Not Licensed



5.



Coordinate System



Berisikan keseluruhan perintah-perintah mengenai sistem koordinat pada tree outline



6.



Model



7.



Graphics



Berisikan keseluruhan model (external model, mechanical model, dan lain-lain) yang dibuat dalam bentuk sebuah assembly Sebuah opsi dasar, yang keseluruhannya ditampilkan pada tree objects.



2.2.9. Tree Outline Tree Outline merupakan sebuah Kelompok Tree Objects (Grouping Tree Objects). Tree Outline ini berisikan berbagai macam perintah-perintah yang telah digunakan untuk membangun sebuah model pada bagian meshing . Tree-outline ini menggabungkan keseluruhan perintah seperti perintah  geometry, sistem koordinat, sistem penghubung (connection features) : spring, beam connection, end release¸dan bearings, kondisi batas, hasil penyelesaian, dan named selection. 2.3 Fluent



FLUENT adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode volume hingga. FLUENT menyediakan fleksibilitas mesh yang lengkap, sehingga dapat menyelesaikan kasus aliran fluida dengan mesh (grid) yang tidak terstruktur sekalipun dengan cara yang relatif mudah.



Gambar 9 ANSYS FLUENT FLUENT ditulis dalam bahasa C , sehingga memiliki struktur data yang efisien



dan menampilkan hasilnya dapat diakses pada FLUENT melalui menu yang interaktif. Setelah merencanakan analisis CFD pada model, langkah-langkah umum penyelesaian analisis CFD pada FLUENT sebagai berikut : Membuat geometri dan mesh pada model Memilih solver yang tepat untuk model tersebut (2D atau 3D) Mengimpor mesh model (grid) Melakukan pemeriksaan pada mesh model Memilih formulasi solver Memilih persamaan dasar yang akan dipakai dalam analisis, misalnya : laminer, turbulen, reaksi kimia, perpindahan kalor, dan lain-lain Menentukan sifat material yang dipakai Menentukan kondisi batas Mengatur parameter kontrol solusi  Initialize the flow field Melakukan perhitungan / iterasi Memeriksa hasil iterasi Menyimpan hasil iterasi Jika perlu, memperhalus grid kemudian dilakukan iterasi ulang untuk mendapatkan hasil yang lebih baik Menu utama pada FLUENT diletakkan sedemikian rupa sehingga pengoperasiannya secara umum dilakukan dari menu paling kiri kemudian dilanjutkan ke menu  berikutnya di sebelah kanan.      



       



Gambar 10 Jendela Depan ANSYS FLUENT 2.3.1. Penyekalaan dan Konversi Satuan Pada FLUENT, semua dimensi geometri pada awalnya dianggap dibangun dalam satuan meter. Apabila dimensi geometri yang hendak disimulasikan pada FLUENT ternyata dibuat dengan satuan selain meter maka satuan geometri tersebut harus dirubah terlebih dahulu melalui perintah Mesh



 Mesh yang terdapat pada geometri juga ikut berubah ukuran apabila digunakan perintah  scale. Besaran yang lain seperti kecepatan, tekanan, luas area, dan lain-lain juga dapat diubah satuannya, dengan menggunakan perintah : Define Unit. Default satuan pada FLUENT menggunakan satuan Standard Internasional (SI). 2.3.2. Memilih Solver Pada saat membuka FLUENT terdapat pilihan untuk menggunakan solver 2D atau 3D dengan keakuratan tunggal atau keakuratan ganda ( single  precision / double percision). Secara umum,  solver single precision cukup akurat untuk digunakan pada berbagai kasus, tetapi untuk beberapa kasus tertentu akan lebih baik menggunakan solver double precision. 2.3.3. Mengimpor dan Memeriksa Mesh  Mesh model yang telah dibuat sebelumnya harus dibuka dahulu di FLUENT agar dapat melakukan analisis sesuai yang diinginkan. Untuk Read Case. membuka mesh model dapat dilakukan melalui perintah File  File yang dapat dibuka adalah file dengan ekstensi *.msh dan *.cas. File dengan *.msh merupakan  file mesh model, sedangkan  file dengan ekstensi *.cas merupakan file kasus (case) yang berisi mesh model dan semua parameter yang telah ditentukan sebelumnya pada FLUENT. 2.3.4. Memilih Formulasi Solver FLUENT menyediakan tiga formulasi solver, yaitu  segregated , coupled implisit , coupled eksplisit . Ketiga formulasi  solver tersebut akan menghasilkan solusi yang akurat untuk berbagai jenis kasus, tetapi pada  beberapa kasus tertentu salah satu formulasi mungkin dapat menghasilkan solusi yang lebih cepat daripada yang lain. Untuk memilih salah satu dari ketiga  solver tersebut, dapat menggunakan panel  solver melalui perintah Define Models Solver. Perbedaan antrara solver segregated dengan coupled terletak pada cara  penyelesaian persamaan kontinuitas, momentum, dan energi serta persamaan  species transport (jika diperlukan). Solver segregated menyelesaikan  persamaan secara bertahap, sedangkan  solver coupled menyelesaikan  persamaan secara bersamaan. Kedua formulasi solver tersebut menyelesaikan  persamaan-persamaan tambahan (misalnya radiasi, turbulensi) secara bertahap. Solver coupled implisit dan eksplisit mempunyai perbedaan pada cara melinierkan persamaan-persamaan yang akan diselesaikan. Secara umum, solver segregated banyak digunakan untuk kasus dengan aliran fluida inkompresibel dan kompresibel dengan kecepatan aliran rendah sampai menengah (bilangan Mach < 1) seperti kavitasi, media berpori,  pelelehan atau pembekuan, aliran periodik, dan lain-lain. Adapun  solver coupled didesain untuk kasus fluida kompresibel dengan kecepatan tinggi (bilangan Mach 1) seperti kasus konduksi pada tabung, model gas nyata, dan lain-lain.







9.



10.



11.



 Linear Digunakan ketika skema yang lain menemui kesulitan untuk mencapai konvergen  Second-order Digunakan untuk aliran kompresibel, tetapi tidak dapat digunakan untuk media berpori,  porous jump, jump,  fan, radiator, dan model multifasa   Body Force Weighted Digunakan ketika gaya badan (body ( body forces) forces) tingi, misalnya pada kasus konveksi bebas dengan bilangan  Raleigh yang besar, aliran dnegan pusaran yang tinggi, dan lain-lain   PRESTO!  PRESTO! Digunakan untuk aliran dengan pusaran yang tinggi, aliran yang melibatkan media berpori, aliran dalam saluran tertutup Selain faktor under-relaxation dan diskritisasi, yang harus ditentukan pada  parameter kontrol solusi adalah Pressure-Velocity adalah  Pressure-Velocity Coupling mengenai cara kontinuitas massa dihitung apabila menggunakan  solver segregated . Terdapat 3 metode untuk Pressure-Velocity untuk  Pressure-Velocity Coupling , yaitu  SIMPLE : skema default, kasar (robust  (robust )  SIMPLEC : dapat memepercepat konvergensi untuk kasus sederhana seperti aliran laminar dengan bentuk geometri tidak terlalu kompleks   PISO : berguna untuk aliran transien atau kasus dengan mesh yang mengandung skewness mengandung skewness yang tinggi Inisialisasi ( Initialize)  Initialize) Medan Aliran Proses iterasi memerlukan initialisasi (tebakan awal) sebelum memulai  perhitungan. Proses inisialisasi dapat diakses melalui perintah Solve Initialize Initialize...... Pada panel inisialisasi, hanya menentukan tebakan awal perhitungan kondisi  batas dimana (compute (compute from), from), apakah dari sisi masuk, keluar, semua s emua zona, dan lain-lain. Setelah itu klik tombol Init kemudian Close. Melakukan Perhitungan / Iterasi Sebelum melakukan perhitungan, harus ditentukan kriteria konvergensi kasus yang dihitung melalui Solve Monitors Residual...... Convergence Criterion menentukan kesalahan / perbedaan antara Pada kolom Convergence tebakan awal dan hasil akhir dari iterasi yang dilakukan oleh FLUENT pada masing-masing persamaan yang digunakan di kasus tersebut. Pada panel residual monitor ada pilihan Plot  pada kolom Options untuk memonitor kesalahan selama proses iterasi, dapat juga memonitor gaya pada setiap proses iterasi dengan perintah Solve Monitors Force.... Setelah itu, dapat memulai proses iterasi dengan perintah Solve Iterate.... Pada panel iterate harus menentukan jumlah iterasi yang diisi pada kolom Number of Iterations . FLUENT akan berhenti melakukan iterasi jika mencapai konvergen, tapi apabila belum mencapai konvergensi sampai batas  jumlah iterasi yang ditentukan, maka dapat ditambahkan ditambahkan lagi jumlah iterasi tersebut pada kolom yang bersangkutan kemudian klik Apply Iterate Menyimpan Hasil Iterasi Setelah melakukan iterasi dan diperoleh hasil yang konvergen, hasil iterasi tersebut dapat disimpan melalui beberapa perintah yaitu







12. 12.



File Write Data...  File Write Case & Data... Pada perintah Case yang disimpan hanya semua setting semua  setting yang telah digunakan  pada FLUENT untuk suatu kasus, sedangkan perintah Data yang disimpan  berupa hasil akhir iterasi saja, semua setting semua setting pada  pada FLUENT tidak disimpan.  Post Processing Untuk menampilkan hasil iterasi dapat menggunakan perintah  Display Contour (untuk melihat kontur tekanan, suhu, dan sebagainya)  Display Vector (untuk melihat vektor kecepatan pada aliran)  Display Pathline (untuk melihat lintasan aliran fluida)  Display Particle track (untuk melihat lintasan partikel pada model fasa diskrit) Tampilan ini dapat dapat disimpan dalam format gambar standar (misal *.bmp, *.jpg) dengan menggunakan perintah File Hardcopy... Selain itu, dapat juga diketahui berbagai besaran hasil iterasi dengan  perintah  Report  Fluxes  Report Forces  Report Surface Integrals  dan lain-lain



3.



TUTORIAL ALIRAN UDARA PADA PIPA 2D



Suatu fluida akan masuk melalui pipa kecil dan akan keluar melalui pipa besar. Gambar 4 memperlihatkan data ukuran dimensi pipa dan data parameter yang mempengaruhinya. Pada kasus ini, dimisalkan Anda ingin melihat kondisi kecepatan aliran dan temperatur fluida pada bagian sisi keluaran pipa. V = 10 m/s



P = 1 atm



T = 300C



T = 850C



23cm



4cm



6 cm



15 cm



Gambar 11 Kondisi aliran fluida yang melewati pipa Menggambar Desain Model 1. Anda pertama kali membuka software Ansys Workbench .



2. Setelah itu pilih menu (Analysis Systems) kemudian di Drag & Drop ke bagian Project Schematic .



3. Fluid Flow (FLUENT) ini memiliki bagan antara lain Geometry, Mesh, Setup, Solution, dan Result. Anda Klik sebelah kiri bagian Geometry > New Geometry.



4. Anda akan masuk ke bagian software Design Modeler (DM) . Pertama anda akan melihat kotak satuan unit, pada kasus ini Anda akan menggunakan satuan unit panjang Centimeter (Cm), kemudian Anda pilih satuan Centimeter > OK .



5. Setelah itu Anda Klik



>



[Look At Face/Plane/Sketch]



6. Anda Klik bagian Sketching > Draw > Line. 7. Pengaturan dimensi gambar pilih bagian Sketching > Dimensions >



8. Kembali ke bagian Modeling. Di bagian XY Plane sudah muncul tulisan Sketch 1. Pilih tool Concept > Surface from sketch. Muncul kotak dialog Details View, Pilih Base Objects > Klik Sketch 1 (XY Plane) > Apply > Generate.



9. Bagian Geometry akan terlihat tanda contreng. Ini berarti, proses Geometry dinyatakan telah Selesai. Langkah selanjutnya Anda Klik Mesh. Pada bagian Mesh, kemudian Klik kanan, dan pilih Edit.



Meshing Desain Model 10. Pada bagian awal Mesh akan tampak geometri bangunan yang Anda buat sebelumnya.



11. Proses meshing gambar Anda Klik tombol Mesh > Detail of Mesh > Sizing > Smoothing > Medium > Generate Mesh > Update.



12. Tampakkan kondisi gambar geometri dengan tampak bagian depan. Arahkan kursor ke bidang kerja kemudian Klik kanan > View > Front



Menganalisis Desain Model 16. Anda Klik Setup. Pada bagian Setup, kemudian Klik kanan, dan pilih Edit untuk tahapan selanjutnya.



17. Anda akan masuk ke dalam kotak dialog Fluent Launcer kemudian Anda Klik OK.



18. Lembar kerja Fluent akan terbuka dengan gambar geometri pipa yang telah dibuat dan di meshing serta adanya kondisi batas pada pipa tersebut.



19. Pada kotak dialog General (Mesh) Klik Scale > View Length Unit in (dalam satuan cm) > Close 20. Pada kotak dialog General (Mesh) Klik Check . 21. Mengubah satuan (unit ) dari temperatur : Units … > akan muncul panel Set Units :  Pada kolom Quantities carilah temperatur (gunakan scrool kemudian



 







Pada kolom Units klik C (ini akan mengubah Kelvin menjadi Celcius) Lakukan hal yang serupa untuk Pressure , yaitu mengganti Pa menjadi atm. Klik Close.



22. Mengatifkan persamaan energi untuk menghitung perpindahan panas : Models > Energy….. > akan muncul panel Energy.



23. Mengaktifkan model standard k-ɛ : Models > Viscous (muncul kotak panel) > klik pada k-epsilon (2 eqn) > OK untuk menggunakan nilai-nilai default nya.



24. Mendefinisikan material dengan memilih Materials > Create/Edit > akan muncul panel Create/Edit Materials > Name Air > Change/Create > Close.



25. Pilih bagian Boundary Conditions > Pressure_outlet > Edit • Pada kotak Gauge Pressure masukan angka 1 atm • Pada kotak Temperature masukan angka 85 0C • Pada kotak Specification Method pilih Intensity and Hydraulic Diameter • Klik OK



26. Pilih bagian Boundary Conditions > Velocity_inlet > Edit Pada kotak Velocity Specification Method pilih Magnitude, Normal to   Boundary  Pada kotak Velocity Magnitude masukan angka 10 m/s  Pada kotak Temperature masukan angka 30 0C Pada kotak Specification Method pilih Intensity and Hydraulic Diameter   Klik OK



27. Pilih bagian Solutions Methods > Default (untuk menggunakan nilai-nilai default-nya)



9. Bagian Geometry terlihat tanda contreng. Ini berarti, proses Geometry dinyatakan telah Selesai.



10. Anda Klik Mesh. Pada bagian Mesh, kemudian Klik kanan, dan pilih Edit untuk tahapan selanjutnya.



Meshing Desain Model 11. Pada bagian awal Mesh tampak geometri bangunan yang Anda buat sebelumnya.



12. Proses meshing gambar Anda Klik tombol Mesh > Detail of Mesh > Sizing > Smoothing > Medium > Generate Mesh > Update.



13. Tampakkan kondisi gambar geometri dengan tampak bagian depan. Arahkan kursor ke bidang kerja kemudian Klik kanan > View > Front



14. Kemudian Anda ubah tombol ( Face) menjadi (Edge) pada menu toolbar. Proses pembuatan Kondisi Batas  pada gambar geometri pipa diawali  pilih garis depan dan belakang gambar bagian atas tersebut, Klik kanan > Create Named Selection > Pressure_outlet > OK > Generate mesh > Update.



15. Kemudian untuk garis di bagian depan dan belakang bawah gambar , Klik kanan > Create Named Selection > Mass_flow_inlet_1 > OK > Generate mesh > Update.



16. Pada garis di bagian bawah gambar, Klik kanan > Create Named Selection > Mass_flow_inlet_2 > OK > Generate mesh > Update.



17. Bagian Mesh akan terlihat tanda contreng. Ini berarti, proses Meshing dinyatakan telah Selesai.



 Inner Fluid is liquid water  Boundary Conditions Top Surface  All other surfaces Temperature_inf  Fluid inlet  Fluid outlet  Interface



= Heat Flux 800 W/m2 = free convection (h) = 15 = 293 K = velocity inlet of 0.1 m/s = pressure-outlet = coupled wall



Menggambar Desain Model 1. Membuka software Solid Works 2. Buatlah geometri bangun solar absorber plate sesuai dengan data parameter yang telah dijelaskan sebelumnya 3. Bentuk geometri solar absorber plate yang telah dibuat didapatkan hasilnya seperti Gambar berikut



4. Setelah dilakukan proses perancangan geometri  solar absorber plate, kemudian geometri tersebut disimpan dalam bentuk dua file yaitu file dengan nama fluid solid assembly disimpan dalam format Assembly (*.asm, *.sldasm), dan file dengan nama fluid solid part disimpan dalam format Part (*.prt, *.sldprt).



5. Setelah proses penyimpanan, kemudian  software Solid Works ditutup dan dibuka software ANSYS WORKBENCH .



6. Setelah itu pilih menu ( Analysis Systems) kemudian di Drag & Drop ke bagian Project Schematic. 7. Fluid Flow (FLUENT) ini memiliki bagan antara lain Geometry, Mesh, Setup, Solution, dan Result. Anda Klik bagian Geometry sebanyak dua kali.



8. Anda masuk ke bagian software Design Modeler (DM) . Pertama anda melihat kotak satuan unit. Pada kasus ini Anda menggunakan satuan unit  panjang Centimeter (Cm), kemudian Anda pilih satuan Centimeter > OK .



9. Setelah melakukan penentuan ukuran kemudian, buka  file > import external  geometry file > cari file dengan nama fluid solid part dalam format Part (*.prt, *.sdlprt) > open



10.Pada tree outline terdapat bagian  Import1 ( file Solid Works) yang menandakan bahwa file geometri yang dibuat sebelumnya pada Solid Works dapat terbaca. Kemudian klik  Import1 tersebut > klik  generate > tunggu sampai data geometri solid works terbuka



11. Kemudian perbesar gambar tersebut dengan menggunakan tools box zoom agar terlihat bagian tube dimana air akan mengalir di dalam tube tersebut.



12. Apabila dilihat pada tree outline maka terdapat bagian geometri yang dibuat yaitu 1 Part, 2 Bodies  Fluid Solid Part   Fluid 1, Solid 1 dan Absorber  Plate 1- Solid 1



Perlu diketahui, bahwa pada bagian  Fluid 1, Solid 1 merupakan bagian dalam tube. Bagian Absorber Plate 1- Solid 1 merupakan bagian dari plate



52.Ikuti langkah ke-46



53. Ikuti langkah ke-47



54. Proses simulasi kasus aliran fluida pipa ini Selesai dengan tanda checklist di bagian Setup, Solution, dan Results.



6.



TUTORIAL ALIRAN GAS ETHANA (C 2H6) PADA NOZZLE3D



Pada tutorial ini akan dilakukan proses simulasi gas etana (C 2H6) yang akan ditingkatkan kecepatan alirannya dan suhu nya pada saat gas ters ebut melewati nozzle. Menggambar desain model 1. Buatlah gambar dan extrude nozzle di Pro Engineer seperti gambar di bawah



2. 3. 4. 5. 6.



Simpanlah pada tombol Save pada folder masing-masing Kemudian Save a Copy dengan type file ACIS File (*.sat). Klik Ok pada pilihan default Buka ANSYS WORKBENCH 16.0 dan pilih Fluid Flow (Fluent). Klik kiri pada Geometry , lalu klik kanan kemudian pilih Import Geometry.



7 Klik Browse dan cari file nozzle dengan type ACIS File (*.sat).



8. Setelah mengimport lalu double klik kiri pada Geometry dan pada Tree Outline klik Import 1 lalu Generate .



9. Buka kembali Workbench dan double klik kiri pada Mesh. 10. Pada Outline klik kiri Mesh, lalu lakukan beberapa setting. 11. Pada Details of Mesh Relevance Center ubah dari coarse menjadi fine. Ubah  smoothing dari medium ke high.



12. Lalu klik Generate Mesh dan Update. (Klik Update setiap melakukan  perubahan apapun). 13. Klik kiri kemudian klik kanan pada bagian atas nozzle dan pilih Create Named Selection. (diberikan nama dengan velocity_inlet ).



6. Pilih File import external geometry file . Cari file 3D part tersebut lalu klik open.



7. Klik pada Import 1 kemudian tekan F5 / Generate.



8. Kemudian buat enclosure. Klik tools dan pilih enclosure. Edit ukuran enclosurenya kemudia generate .



9. Kemudian buat Boolean subtract (potongan) dengan cara klik create lalu pilih Boolean.



10. Pada operation ganti menjadi subtract . Target bodies select kepada enclosure yang dibuat. Tools bodies select kepada part 3D. Klik Generate .



11. Kemudian beri nama pada inlet, outlet, dan wall. Klik Generate  pada akhir pemberian nama.



12. Kembali pada workbench lalu klik kanan pada Geometry  dan klik Update. 13. Double klik pada Mesh.



14. Klik Mesh lalu edit ukuran mesh pada Details of Mesh .



15. Kemudian klik generate mesh  dan update.



16. Kembali pada workbench lalu klik kanan pada Mesh dan klik update. 17. Double klik pada Setup dan klik double precision. Klik OK .



18. Klik pada Boundary Condition lalu edit pada bagian inlet. Masukkan angka pada velocity magnitude (misal 70m/s). Klik Ok.



19. Pilih solution initialization. Pilih hybrid initialization dan klik initialize.



20. Pilih run calculation dan masukkan iteration misalnya 300. Kemudian klik Calculate. Jika iteration 300 belum converged  maka bisa di calculate kembali.



21. Tunggu hingga converged .



22. Klik ok. 23. Untuk memunculkan grafik coefficient drag dan lift atur pada Monitors , Lalu pada residuals, static dan force monitors klik create  pilih drag/lift. Pilih zones pada wall solid beri tanda centang pada plot dan klik ok.



DAFTAR PUSTAKA Tuakia F. 2008. Dasar-Dasar CFD Menggunakan Fluent . Bandung(ID) : Bandung Informatika User Guide Manual ANSYS WORKBENCH