Langkah-Langkah Dalam Melakukan Simulasi CFD

Langkah-langkah dalam melakukan simulasi CFD : Identifikasi masalah, tahap preprocessing, tahap solution (solver execution), dan tahap postprocessing.

A. Identifikasi Masalah

Pada tahap ini ada 2 hal yang perlu kita lakukan:

1) Menentukan tujuan yang akan dicapai atau hasil  yang kita harapkan dari simulasi ini. Misalnya saja hydrodynamic/aerodynamic force pada suatu struktur, penyebaran panas pada suatu benda, atau pola aliran udara di dalam suatu ruangan. Hal ini berguna untuk membantu kita dalam membuat dan menyederhanakan asumsi-asumsi yang akan kita gunakan dalam simulasi.  Asumsi –asumsi yang kita gunakan dalam simulasi akan turut menentukan seberapa akurat dan seberapa cepat hasil simulasi bisa kita dapatkan. Karena simulasi CFD membutuhkan investasi yang cukup besar (pengadaan hardware & software) dan waktu yang kadang-kadang cukup lama, maka kita perlu evaluasi apakah simulasi CFD benar-benar perlu kita lakukan.

2) Menentukan Domain Fluida. Penentuan domain fluida terkait dengan beberapa hal antara lain : akurasi hasil simulasi yang kita harapkan, lama waktu simulasi dan kemampuan hardware kita. Misalnya ketika kita akan melakukan simulasi CFD untuk mengetahui pola aliran angin pada suatu bangunan (external flow), kita perlu menentukan apakah kita perlu memodelkan bangunan lain di sekitar bangunan yang akan kita analisa atau tidak.

B. Tahap PreProcessing

Pada tahap ini ada 4 hal yang perlu kita lakukan :

1)  Membuat geometry. Kita bisa membuat geometry dengan fasilitas build geometry dari software CFD yang kita gunakan, atau bisa dengan menggunakan software CAD. Kita perlu menentukan apakah permasalahan yang kita hadapi cukup disimulasikan dengan 2 dimensi atau 3 dimensi, apakah kita akan memodelkan hanya sebagian benda atau seluruhnya.

2) Meshing. Menentukan type mesh yang akan kita gunakan. Apakah menggunakan triangle, quadrilateral, tetrahedron, hexahedron, pyramid,prism.  Memory komputer juga turut menentukan seberapa banyak cells/node yang bisa kita buat.

3) Menentukan material properties dari fluida, physical models, boundary condition, turbulence modelling, etc.

4) Pengaturan solver  (numerical schemes, convergence controls, convergence monitors, etc).

Introduction to Computational Fluid Dynamics (CFD)

Computational fluid dynamics (CFD) is the use of computers and numerical methods to solve problems involving fluid flow.  The ultimate goal of the field of Computational Fluid Dynamics (CFD) is to understand the physical events that occur in the flow of fluids around and within designated object.  CFD is predicting what will happen, quantitatively, when fluids flow. The governing equations  the fluid motion are based on fundamental physiscs principles :

–  change of mass = 0

–  change of momentum = force × time

–  change of energy = work + heat

Navier-Stokes Equations are the governing equations of Computational Fluid Dynamics. It is based on the conservation law of physical properties of fluid. The principle of conservational law is the change of properties, for example mass, energy, and momentum, in an object is decided by the input and output. For example, the change of mass in the object is as follows :

Which means : M = const

Applying the mass, momentum and energy conservation, we can derive the continuity equation, momentum equation and energy equation as follows :