Topik spesial S2: 3 sks, Semester II TA 2011-2012, teori dan praktik.
Dosen: Istiarto
Disarankan bagi mahasiswa yang mengikuti topik ini untuk mendalami topik ini lebih lanjut dan menggabungkannya dengan tesis.
Tidak ada syarat bahwa mahasiswa sudah menguasai MatLab. Pengantar pemakaian MatLab akan diberikan pada saat kuliah. Mahasiswa belajar memakai MatLab sambil praktek membuat program aplikasi model aliran dan transpor konveksi-difusi.
Tujuan
Mahasiswa memahami dan menguasai metode dan teknik komputasi di bidang hidrodinamika, serta mampu melakukan analisis aliran (free surface flow) dan transpor sedimen-polutan dengan memakai model matematika.
Pada akhir kuliah, mahasiswa berhasil membuat program transpor massa konveksi-difusi satu dimensi dan program aliran saluran terbuka.
Silabus
Pengantar CFD di bidang hidraulika dan transpor massa (sedimen-polutan). Persamaan aliran fluida dan transpor massa (3D): konservasi massa, konservasi momentum, dan konservasi energi. Turbulen dan model turbulen. Persamaan transpor difusi-konveksi. Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan transpor difusi. Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan transpor difusi-konveksi: upwind differencing scheme, power-law scheme, QUICK scheme. Syarat batas (boundary conditions). Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan aliran: SIMPLE scheme. Computational grids: staggered, non-staggered grids. Algoritma penyelesaian persamaan kerja: tridiagonal matrix algorithm. Praktek pembuatan model transpor konvektif-difusif dengan spreadsheet (MSExcel) dan MatLab.
Referensi
Bahan Kuliah (class notes) disediakan, dapat diunduh di https://istiarto.staff.ugm.ac.id/pada minggu pertama masa kuliah.
Versteeg H.K., W. Malalasekera, 1995, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Longman, Essex, England.
Agenda Tatap Muka (Kuliah)
|
Minggu |
Materi |
Keterangan |
|
I |
Pengantar CFD. · Pengenalan CFD. · Struktur CFD: pre-processor, solver, post-processor. |
Ruang kelas. Presentasi contoh CFD, demonstrasi aplikasi CFD. |
|
II |
Aliran dan transpor massa. · Aliran di saluran terbuka. · Aliran turbulen, laminar. · Transpor massa. |
Laboratorium Hidraulika. Demonstrasi aliran di saluran terbuka, aliran turbulen dan laminar (Osborn-Reynolds apparatus). Demonstrasi transpor massa: difusi, konveksi-difusi. |
|
III |
Persamaan aliran dan transpor. · Persamaan konservasi: massa, momentum, energi. · Persamaan aliran dan transpor dalam bentuk integral dan diferensial. · Turbulen dan model turbulen. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Mahasiswa memahami arti fisik setiap suku dalam persamaan aliran dan transpor. Mahasiswa melakukan penyusunan persamaan aliran dan transpor. Mahasiswa menganalisis data pengukuran kecepatan aliran (data disediakan). |
|
IV |
Difusi permanen satu dimensi. · Persamaan konveksi-difusi 1D. · Persamaan difusi 1D. Metode volume hingga. · Pengantar metode volume hingga. · Diskritisasi persamaan difusi 1D dengan metode finite volume. · Syarat batas. |
Ruang kelas. Mahasiswa memahami persamaan difusi satu dimensi dan menguasai teknik penyelesaian persamaan difusi dengan metode volume hingga. Mahasiswa mempraktekkan diskritisasi persamaan difusi 1D. Mahasiswa mampu melakukan diskritisasi persamaan difusi 1D dengan metode volume hingga. |
|
V |
Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan difusi 1D. · Penyelesaian persamaan difusi 1D dengan bantuan spreadsheet (MSExcel). |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Mahasiswa mampu melakukan pemrograman persamaan difusi 1D dengan spreadsheet (MSExcel). |
|
VI |
Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan konveksi-difusi 1D. · Persamaan konveksi-difusi. · Berbagai metode diskritisasi. · Skema upwind. · Skema power law. · Skema QUICK · Syarat batas. · Difusi numerik (false diffusion). · Pemrograman dengan spreadsheet (MSExcel). |
Ruang kelas. Mahasiswa memahami syarat batas, mampu menetapkan syarat batas, mengerti arti fisiknya, serta memahami keterbatasan/kesalahan model. Mahasiswa diberi tugas/PR untuk membuat program konveksi-difusi 1D dengan spreadsheet (MSExcel). |
|
VII |
Review dan diskusi. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Presentasi dan diskusi model transpor konveksi-difusi yang dibuat dengan spreadsheet (MSExcel). |
|
VIII |
Ujian Tengah Semester. |
Ujian lisan, presentasi model transpor 1D koveksi-difusi. |
|
IX |
Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan konveksi-difusi 1D. · Pengantar MatLab. · Pemrograman difusi 1D dengan MatLab. · Pemrograman konveksi-difusi 1D dengan MatLab. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Mahasiswa mampu memakai MatLab untuk membuat program konveksi-difusi 1D. Mahasiswa diberi tugas/PR untuk menyelesaikan program konveksi-difusi 1D dengan MatLab. |
|
X |
Review dan diskusi. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Presentasi dan diskusi tugas/PR program konveksi-difusi 1D dengan MatLab. |
|
XI |
Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan aliran permanen. · Review persamaan aliran di saluran terbuka (open channel flow). · Diskritisasi persamaan momentum. · Grid: staggered grids. |
Ruang kelas. Mahasiswa memahami dan dapat melakukan diskritisasi persamaan momentum, serta mampu menyusunnya menjadi persamaan yang siap untuk diselesaikan. |
|
XII |
Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan aliran permanen. · Syarat batas. · Skema SIMPLE. · Grid: staggered grid. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Mahasiswa memahami dan dapat melakukan hitungan tekanan dan kecepatan aliran (pressure and velocity fields). |
|
XIII |
Metode volume hingga untuk penyelesaian persamaan aliran permanen. · Penyusunan program dengan MatLab. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Mahasiswa mampu membuat program aliran permanen dengan MatLab. |
|
XIV |
Metode penyelesaian persamaan dengan tridiagonal matrix algorithm (TDMA). |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Mahasiswa memahami dan mampu melakukan penyusunan persamaan-persamaan hasil diskritisasi persamaan aliran permanen dan mampu menyelesaikannya dengan metode TDMA. |
|
XV |
Review dan diskusi. |
Ruang kelas (mhs membawa komputer). Presentasi dan diskusi tentang diskritisasi persamaan aliran, serta penyelesaian persamaan dengan TDMA. |
|
XVI |
Ujian Akhir Semester. |
Ujian lisan, presentasi model aliran. |