ALIRAN LAMINAR ANTARA DUA PELAT SEJAJAR

Aliran antara dua pelat sejajar adalah bentuk sederhana 2 dimensi dari aliran dalam sebuah pipa lurus. Pada simulasi CFD kali ini saya mencoba untuk mensimulasikan aliran dalam sebuah pipa dengan panjang 1 m dan diameter (atau jika 2D disebut lebar) 0,02 m. Dengan massa jenis fluida 1 kg/m³ dan viskositas 1 kg/ms.

Gambar 1. Ilustrasi Pelat Datar

Kedua ujung pipa terbuka, sehingga memungkinkan adanya aliran masuk dari kedua sisinya. Oleh karena itu, dalam simulasi ini kedua ujung pipa diibaratkan sebagai inlet. Pada sisi sebelah kiri (inlet 1), diberi perlakuan tekanan sebesar 5 Pa. Sedangkan pada sisi sebelah kanan (inlet 2) diberi perlakuan tekanan sebesar 1 Pa. Adanya perbedaan tekanan ini menyebabkan fluida mengalir dari tempat bertekanan tinggi ke tempat bertekanan rendah. Sehingga arah aliran adalah dari inlet 1 ke inlet 2. Hal ini bisa dilihat pada hasil simulasi dengan CFDSOF.

Gambar 2. Perbandingan Bentuk Aliran

Gambar di atas adalah gambar bagian awal dari pipa (inlet 1). Tampak arah aliran fluida secara umum ke arah kanan. Pada gambar tersebut tampak ada 2 kelompok aliran yaitu developed flow dan fully developed flow. Developed flow area adalah daerah di mana aliran fluida belum stabil dan berada pada daerah awal dari masuknya fluida ke dalam pipa atau pada daerah elbow. Sedangkan fully developed flow area merupakan daerah di mana aliran fluida sudah stabil, arah dan besar kecepatan sepanjang pipa relatif sama untuk suatu daerah berjarak y dari dinding.

Dari gambar tersebut tampak pula bahwa semakin mendekati dinding, kecepatan fluida semakin kecil. Hal ini disebabkan karena adanya sheer stress antara fluida berviskositas dengan dinding pipa. Pada suatu posisi x pada fully developed flow area, kecepatan terbesar terjadi pada bagian tengah atau sekitar titik pusat lingkaran penampang pipa. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 3. Distribusi Kecepatan Pada Pipa

Pada gambar di atas, kecepatan rendah digambarkan dengan warna biru dan kecepatan tinggi dogambarkan dengan warna merah. Semakin mendekati dinding, warna semakin mendekati biru. Begitu pula sebaliknya, semakin ke tengah warna semakin mendekati merah. Pola distribusi kecepatan aliran fluida untuk posisi i=1 s.d. 6 dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 4. Pola Distribusi Kecepatan pada i=1 s.d i=6

Garis merah merupakan pola distribusi kecepatan pada i=1 dan garis biru merupakan pola distribusi kecepatan pada i=6. Pada simulasi ini, developed flow area hanya terjadi sampai dengan i=6 karena pada posisi i=7 dan seterusnya, pola distribusi aliran relatif sama dengan pola distribusi aliran pada i=6. Garis yang tidak teratur pada i=1 terjadi karena pada awal aliran tersebut (inlet 1) terjadi vortex, yaitu pusaran air yang terjadi akibat adanya perubahan tekanan secara tiba-tiba dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi. Seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar 6. Tekanan Statis pada Inlet 1

*keterangan: untuk memperbesar dan memperjelas gambar, silahkan klik masing-masing gambar