i s t i a r t o

Tag: Computational Fluid Dynamics

  • Program Aplikasi Water Hammer

    Saya tayangkan di bawah ini program aplikasi untuk menghitung water hammer di sebuah waterway (conduit) PLTA. Ada empat program aplikasi, yaitu program untuk menhitung water hammer di sebuah pipa tunggal, di serangkaian conduit yang dihubungkan secara seri, di serangkaian conduit yang bercabang (bifurcation), dan di serangkaian conduit yang disusun seri, kemudian bercabang dua. Setiap program didampingi oleh sebuah file contoh data masukan.

    Untuk menjalankan program aplikasi water hammer ini, komputer harus memiliki MCR yang aktif. Untuk menginstall MCR, unduh file MCRInstaller versi 2012b (8.0) dari situs MathWorks. Pilih versi 32-bit atau 64-bit sesuai dengan versi Windows yang ada di komputer. Klik MCRIntaller untuk mengintall MCR pada komputer. Instalasi MCR tidak diperlukan apabila komputer telah memiliki Matlab versi 12. Instalasi MCR tetap diperlukan apabila Matlab di komputer bukan versi 12.

    WTunggal.exe             Contoh file data Tunggal.txt
    WParalel.exe               Contoh file data Paralel.txt
    WSeri.exe                     Contoh file data Seri.txt
    WSeriparalel.exe        Contoh file data Seriparalel.txt

  • Penyelesaian Numeris Persamaan Konveksi-Difusi

    Menyusul naskah paparan mengenai penyelesaian numeris persamaan difusi, saya tayangkan pula paparan mengenai penyelesaian numeris persamaan konveksi-difusi. Seperti pendahulunya, saya memakai teknik volume hingga (finite volume method) untuk menyelesaikan persamaan konveksi-difusi permanen satu dimensi.

    Berbagai skema penyelesaian transpor konvektif yang dipaparkan dalam naskah adalah central difference, upwind difference, hybrid difference, power law, dan QUICK. Jangan takut dulu karena membaca istilah-istilah ini. Alur paparan dibuat sederhana dan ada contoh soal-penyelesaian. Tidak diperlukan untuk menulis program komputer, cukup dengan memakai spreadsheet MSExcel. Baca artikel lengkap…

  • Penyelesaian Numeris Persamaan Difusi

    Mekanisme transpor massa, yang mungkin dapat dikatakan paling sederhana, adalah difusi atau transpor difusif. Pada kasus difusi sederhana, penyelesaian persamaan difusi dapat dilakukan secara analitis. Namun, pada banyak kasus difusi, diperlukan penyelesaian numeris.

    Saya telah membuat paparan mengenai penyelesaian numeris persamaan difusi permanen satu dimensi yang biasanya saya bawakan pada kuliah Transpor Sedimen dan Polutan di Prodi S2 Teknik Sipil FT UGM. Metode penyelesaian yang saya pilih adalah finite volume method. Saya sertai paparan dengan contoh soal dan penyelesaiannya. Penyelesaian persamaan diskrit dilakukan dengan bantuan program spreadsheet dan tanpa perlu membuat program aplikasi. Dengan cara ini, pembaca dan mahasiswa diharapkan dapat mengikuti dan memahami teknik penyelesaian numeris persamaan difusi dengan mudah. Baca artikel lengkap…

  • Model 3D Aliran di Saluran Terbuka

    Salah satu topik dalam disertasi doktor saya beberapa tahun yang lalu adalah model tiga-dimensi aliran di saluran terbuka. Saya memakai metode volume hingga (finite volume method) untuk menyelesaikan persamaan aliran di saluran terbuka. Model turbulen yang saya pilih adalah model k-ε. Source code program dituliskan dalam Fortran. Anda yang tertarik mempelajari model yang saya susun, silakan mengunduh naskah Bab IV disertasi saya yang memaparkan tentang penyusunan model 3D ini. Bagi yang berminat untuk menyusun program aplikasi model 3D aliran di saluran terbuka, saya akan sangat senang untuk berdiskusi dan saling bertukar pengetahuan dan pengalaman.

    Bab IV Disertasi

     

  • CFD di Bidang Hidraulika: Model Aliran dan Transpor Massa

    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.

  • Persamaan Aliran di Saluran Terbuka

    Pada saat belajar hidraulika, kita pasti berjumpa dengan persamaan dasar aliran (flow governing equations). Keluhan yang muncul ketika mempelajari persamaan aliran adalah sulitnya memahami persamaan tersebut. Pertanyaan yang muncul antara lain: 1) Apakah perbedaan antara persamaan momentum dan persamaan kontinuitas selain bentuknya yang memang jelas berbeda? 2) Mengapa ada persamaan aliran yang berbentuk diferensial dan ada pula yang berbentuk integral? 3) Bagaimana cara membaca persamaan-persamaan itu agar dapat memahami arti fisiknya?

    Sebagai tenaga pendidik (dosen), saya pun tidak jarang mengalami kesulitan dalam memberikan penjelasan kepada para peserta didik mengenai persamaan aliran. Hal ini terasa sekali manakala berdiri di kelas magister (S2) atau pun berdiskusi dengan mahasiswa doktor (S3). Apalagi ketika materi diskusi telah masuk ke detail tentang aliran turbulen. Saya pun menengarai adanya keengganan sebagian mahasiswa untuk membaca dengan tekun dan berusaha memahami persamaan aliran. Termasuk yang enggan ini adalah sebagian pengguna program aplikasi hidrodinamika. Mereka cenderung puas sebagai pengguna yang dapat menjalankan program aplikasi dan melakukan simulasi aliran, tetapi tidak berusaha membaca dan memahami cara kerja dan cara progam aplikasi memodelkan aliran.

    Saya pernah membuat catatan mengenai persamaan aliran yang memaparkan berbagai bentuk persamaan aliran, dari bentuk diferensial dan integral sampai ke bentuk konservatif dan non-konservatif. Saya mencoba pula memberikan pemahaman arti fisik dari suku-suku dalam persamaan aliran. Catatan ini ada di dalam artikel mengenai model hidrodinamika. Tertarik membacanya? Silakan membaca artikel lengkap…

  • Model Hidrodinamika

    Model matematik hidraulika (model hidrodinamika) pada tiga dekade terakhir ini telah memainkan peran penting dalam berbagai disiplin ilmu mekanika fluida, baik dalam penelitian, enjinering, maupun industri. Tidak ketinggalan, dalam bidang hidraulika, model matematik hidraulik (untuk selanjutnya disebut model matematik) pun semakin menampakkan eksistensinya yang ditunjukkan dengan semakin seringnya model matematik dipakai dalam pekerjaan enjiniring, dalam tahap studi maupun perancangan. Tingkat penerimaan dan keyakinan orang terhadap model matematik sebagai alat utama dalam pekerjaan enjiniring cukup tinggi. Hal ini dibarengi dengan tingkat penerimaan dan keyakinan yang sama yang ditujukan terhadap produk pekerjaan enjiniring dimana model matematik merupakan alat utama. Tidak jarang, bahkan, model matematik justru disyaratkan pemakaiaannya.

    Ketersediaan paket program komersial model matematik saat ini cukup terjamin, baik model satu dimensi (1D) maupun dua dimensi (2D). Bahkan, model tiga dimensi (3D) pun sudah mulai banyak dijumpai, walaupun sebagian besar tidak secara spesifik dibuat untuk pemakaian di bidang hidraulika, namun lebih ditujukan untuk pemakaian di bidang dinamika fluida (lebih dikenal dengan CFD, computational fluid dynamics). Berbagai paket program komersial tersebut pun dikemas sedemikian rupa sehingga mudah dipakai (user friendly) dan hasilnya mudah dibaca (walaupun belum tentu mudah dicerna) karena umumnya dikemas dengan tampilan grafik aneka warna. Baca artikel lengkap…