Kursus ini menawarkan pengenalan dinamika fluida. Ini menjawab pertanyaan Apa itu Fluida? pertanyaan dengan memeriksa sifat fisik cairan (dibandingkan padatan dan gas) dan mendefinisikan banyak jenis aliran fluida.
Materi :
Kursus ini memberikan gambaran tentang statika fluida, cabang mekanika fluida yang membahas fluida dalam keadaan diam untuk memecahkan masalah tekanan di atas dan di bawah permukaan laut.
Materi Kursus :
Kursus ini mencakup bagaimana kinematika fluida (gerakan fluida) dijelaskan, dan memperkenalkan berbagai sistem koordinat yang digunakan untuk meghitung perilaku aliran fluida secara matematis. Pembelajaran menargetkan gerak rotasi, visualisasi dan pengukuran gerak fluida.
Kursus ini membahas lima rumus yang mengatur dinamika fluida – satu rumus kekekalan massa, tiga rumus kekekalan momentum, dan satu rumus kekekalan energi – yang biasanya disebut persamaan Navier-Stokes. Rumus ini akan mendifinisikan transportasi Reynolds dan teorema divergensi Gauss, serta elemen yang diperlukan untuk pemodelan matematika yang akurat.
Fokus kursus ini adalah pada analisis dimensional dan kesamaan. Pertama-tama kita akan mengeksplorasi ide dan pentingnya kesamaan geometris dan dinamis. Selanjutnya, kita akan mengidentifikasi beberapa bilangan dimensional penting dan menggunakannya untuk tidak mendimensikan persamaan Navier-Stokes. Akhirnya, kita akan mempelajari Teorema Buckingham-Pi, yang memberikan dasar formal matematis untuk menurunkan grup non-dimensi untuk masalah fisik apapun. Dengan menggunakan Ansys Fluent untuk menyelesaikan contoh simulasi dan pekerjaan rumah, anda akan mendapatkan pengalaman langsung dan memperdalam pemahaman anda tentang konsep yang dipelajari dalam kursus ini.
Dalam kursus ini, Anda akan belajar bagaimana mendapatkan solusi analitik untuk beberapa masalah mendasar dengan membuat perkiraan aliran fluida. Pertama-tama Anda akan mempelajari berbagai jenis aproksimasi seperti inkompresibilitas, inviscid, dll., dan memahami penerapannya. Kemudian, Anda akan mempelajari secara rinci tentang kelas khusus aliran yang disebut “aliran potensial” dan menjelajahi seluruh jajaran aliran potensial fundamental. Akhirnya, Anda akan belajar tentang dua aliran terpenting dalam dinamika fluida teoretis, yaitu aliran di atas silinder melingkar dan aliran di atas silinder melingkar yang berputar, yang terakhir membuka jalan untuk memahami dan menghitung gaya angkat yang dihasilkan oleh objek dalam aliran eksternal. Untuk memperdalam pemahaman Anda tentang semua aspek ini, ada contoh simulasi dan latihan pekerjaan rumah, di mana Anda akan menggunakan Ansys Fluent untuk mensimulasikan masalah aliran fluida.
Dalam kursus ini, Anda akan belajar tentang dasar-dasar aliran laminar viskos. Aliran ini dapat dibatasi (internal) atau tidak terbatas (eksternal). Pertama, Anda akan belajar tentang berbagai gaya fluida yang bekerja pada suatu benda dalam aliran tak terbatas dan mengkategorikannya sebagai gaya angkat dan gaya seret. Selanjutnya, Anda akan memahami konsep aliran internal yang digerakkan oleh tekanan saat kita memeriksa aliran Couette dan Poiseuille yang terkenal. Akhirnya, kami akan menggunakan Ansys Fluent untuk mensimulasikan beberapa aliran teknik praktis untuk mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang aliran laminar kental.
Dalam kursus ini, Anda akan belajar tentang dasar-dasar teori lapisan batas laminar. Anda akan mengeksplorasi bagaimana menganalisis dan menggambarkan wilayah kental kecil yang mengelilingi tubuh, lapisan batas, dan bagaimana memperkirakan gaya hambat yang bekerja pada tubuh.
Dalam kursus ini, beberapa aspek mendasar dari turbulensi akan dibahas. Konsep transisi laminar-turbulen pertama kali diperkenalkan, diikuti dengan diskusi rinci tentang apa yang merupakan turbulensi. Kerangka teoritis, termasuk persamaan yang mengatur, untuk memahami aliran turbulen kemudian disajikan, diikuti dengan diskusi tentang masalah penutupan dan bagaimana menghadapinya.
Kursus ini memberikan gambaran tentang aliran internal, cabang mekanika fluida yang membahas aliran fluida yang dibatasi oleh dinding padat dan efek viskosnya. Pemahaman ini membantu memperkirakan kerugian yang akan terjadi pada saluran internal dan memungkinkan para insinyur merancang sistem pemompaan yang sesuai untuk mempertahankan laju aliran yang benar.
Kursus ini memberikan gambaran tentang aliran eksternal, cabang mekanika fluida yang melihat situasi di mana suatu benda bergerak dalam fluida atau fluida mengalir di atas benda yang diam. Kita akan mulai dengan menganalisis gaya-gaya yang diberikan oleh fluida pada benda. Kami kemudian akan berbicara tentang pemisahan aliran dan aliran geser bebas seperti bangun jet dan lapisan pencampuran. Dengan benar-benar memahami perilaku arus eksternal, para insinyur dapat merancang pesawat terbang, mobil, dan kereta berkecepatan tinggi yang hemat bahan bakar.
Dalam rekayasa, viskositas merupakan komponen penting. Tapi itu bukan satu-satunya. Dalam kursus ini, kita akan melihat “di luar viskositas” dan memperkenalkan beberapa aspek kompleks dari dinamika fluida yang diperlukan untuk memahami aplikasi rekayasa dunia nyata. Pertama, kita akan membahas kompresibilitas fluida dalam pelajaran “Elemen Aliran Kompresibel.” Selanjutnya, kami akan memperkenalkan konsep “Perpindahan Panas” dan mempelajari tentang tiga mode berbeda yang memfasilitasi perpindahan panas dalam bidang teknik. Akhirnya, kita akan memahami dan menganalisis “Arus dengan Benda Bergerak dan Berputar.”
Kursus ini memperkenalkan dasar-dasar aliran kompresibel. Ini juga membahas hukum termodinamika dan persamaan satu dimensi untuk dinamika gas. Kompresibilitas dan efeknya pada rezim kecepatan yang berbeda akan disajikan.
Ketika aliran supersonik menyimpang dari jalur alirannya karena alasan apa pun, seperti keberadaan benda padat, gelombang kejut dan ekspansi akan dihasilkan. Fokus kursus ini adalah menganalisis gelombang supersonik kompresibel ini. Pertama-tama kita akan mempelajari guncangan normal dan bagaimana memperoleh variasi sifat aliran pada guncangan tersebut. Selanjutnya, kita akan memanfaatkan pemahaman kita tentang guncangan normal dan mempelajari fisika aliran yang mengandung guncangan miring dan busur. Akhirnya, kita akan mengeksplorasi fenomena gelombang ekspansi dan bagaimana ini berbeda secara fundamental dari gelombang kejut.
Sekarang, kita sudah familiar dengan teori shock-expansion. Dalam kursus ini, kita akan melihat aspek-aspek terapan dari teori ini. Pertama, kita akan belajar tentang bagaimana gelombang kejut dan gelombang ekspansi berinteraksi satu sama lain dan dengan sekitarnya untuk menghasilkan pemantulan dan pembatalan gelombang. Kami kemudian akan melihat aplikasi tertentu, seperti aliran supersonik di atas berlian dan airfoil simetris melengkung, di mana kami dapat menggunakan teori ekspansi kejut untuk menghitung sifat aliran yang kemudian digunakan untuk memperkirakan koefisien lift dan drag. Kami kemudian akan mengalihkan perhatian kami untuk memahami fenomena transien seperti gelombang terbatas dan menganalisis masalah tabung kejut Sod yang terkenal.
Banyak aplikasi teknik kritis seperti mesin jet, mesin roket, pipa gas, terowongan angin, dll., mengandalkan aliran kompresibel internal. Saat merancang sistem ini, para insinyur mencoba mencapai tujuan mereka dengan kerugian minimal dari gelombang dan gesekan yang dapat dikompresi. Dalam kursus ini kita akan melihat ke dalam berbagai aspek aliran kompresibel internal. Kita akan mulai dengan aliran satu dimensi dengan penambahan panas dan gesekan. Kemudian kami akan menganalisis aliran kuasi-1D dan menerapkan pengetahuan tersebut pada analisis nozel konvergen-divergen, diffuser, dan terowongan angin. Terakhir, kita akan membahas metode karakteristik dan menggunakannya dalam desain nozel supersonik.
Dari sistem HVAC hingga pendinginan elektronik, dari pembangkit listrik hingga persiapan makanan, perpindahan panas ada di mana-mana. Faktanya, keberadaan kehidupan di Bumi bergantung pada panas matahari. Proses perpindahan panas terjadi antara dua sistem yang berada pada temperatur yang berbeda, dengan sistem pada temperatur yang lebih tinggi mentransmisikan energi ke sistem pada temperatur yang lebih rendah. Transmisi energi ini dapat terjadi melalui tiga mode: konduksi, konveksi dan radiasi. Seringkali, dalam situasi dunia nyata, panas ditransfer oleh ketiga mode secara bersamaan. Dalam kursus ini, kita akan mulai dengan membahas beberapa konsep dasar termodinamika, memahami berbagai mode perpindahan panas dan akhirnya menggali lebih dalam proses perpindahan panas melalui konduksi.
Perpindahan panas konveksi paksa mengacu pada proses di mana aliran fluida yang dihasilkan dengan cara eksternal, seperti kipas atau gradien tekanan yang dipaksakan secara eksternal, mengekstrak atau memberikan panas dari atau ke objek pada suhu yang berbeda dari suhu aliran. Konveksi paksa biasanya digunakan dalam aplikasi seperti pendinginan komponen elektronik dengan kipas angin, pemanasan rumah menggunakan blower udara paksa, pendinginan oli dan pendingin di kendaraan menggunakan udara paksa eksternal, dll. Dalam kursus ini, pertama-tama kita akan melihat beberapa aspek mendasar. konveksi paksa dan kemudian membahas detail yang lebih baik mengenai kecepatan dan lapisan batas termal. Akhirnya, kami akan menganalisis perpindahan panas konveksi paksa dalam aliran eksternal tertentu seperti aliran di atas pelat datar, aliran silang di atas silinder, aliran silang di atas bank tabung, dan aliran jet yang menimpa.
Konveksi paksa adalah fenomena penting dalam banyak aplikasi teknik yang melibatkan perpindahan panas dan massa. Cairan dipaksa mengalir melalui pipa dan saluran untuk mencapai transfer energi panas yang diinginkan. Untuk aplikasi seperti itu gesekan di dinding menciptakan penurunan tekanan melintasi aliran dan konveksi termal mengatur perpindahan panas secara keseluruhan. Dalam kursus ini, kita akan mulai dengan analisis kecepatan dan medan termal dalam aliran internal. Kami kemudian akan menyelidiki analisis perpindahan panas umum dalam aliran internal dan membahas berbagai korelasi aliran pipa laminar dan turbulen. Terakhir, kami akan memperkenalkan berbagai jenis penukar panas dan mempelajari cara melakukan analisis desain dan kinerja.
Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana secangkir kopi panas menjadi dingin ketika Anda meninggalkannya di atas meja? Meskipun tidak ada gaya eksternal, perpindahan panas konveksi masih terjadi karena arus konveksi yang ada di dalam udara ambien karena gradien densitas. Ini disebut sebagai konveksi alami dan merupakan fokus dari kursus ini. Konveksi alami memainkan peran penting dalam banyak aplikasi industri seperti pembangkit listrik, sistem HVAC dan pendinginan elektronik. Selain itu, ini adalah kekuatan pendorong untuk banyak proses alam seperti arus laut dan atmosfer. Dalam kursus ini, kita akan mulai dengan memahami fisika di balik konveksi alami secara lebih rinci dan menindaklanjutinya dengan diskusi tentang profil lapisan batas dalam konveksi alami. Kami kemudian akan membahas bagaimana konveksi alami bervariasi dalam aliran eksternal dan internal dengan menganalisis beberapa kasus kanonik seperti aliran di atas pelat, aliran antara pelat paralel, aliran di dalam selungkup, dll.
Peneliti bio-medis telah mengandalkan dinamika cairan komputasional untuk memodelkan dan memahami mekanisme fisik di balik pembentukan dan perkembangan gangguan hemodinamik. Wall shear stress (WSS) yang diberikan pada dinding pembuluh darah karena aliran darah merupakan salah satu faktor patogen utama yang mengarah pada perkembangan gangguan tersebut. Besarnya dan distribusi WSS dalam pembuluh darah dapat memberikan wawasan tentang lokasi kemungkinan pertumbuhan aneurisma. Selain itu, penyumbatan yang menumpuk dari waktu ke waktu dapat diprediksi dengan memiliki pemahaman kualitatif tentang profil aliran. Dinamika Fluida Komputasi dapat digunakan untuk memodelkan dan memahami aliran internal vital tersebut dan wawasan yang diperoleh dari studi tersebut dapat membantu merancang perawatan khusus pasien. Dalam tutorial Ansys Fluent ini, Anda akan belajar bagaimana memodelkan aliran darah internal tiga dimensi dalam arteri yang bercabang. Anda akan membuat jaring komputasi dan mengatur kondisi batas yang diperlukan untuk simulasi. Perilaku aliran darah Non-Newtonian akan dimodelkan menggunakan model Carreau. Selain itu, kondisi batas yang bervariasi terhadap waktu yang realistis akan diimplementasikan menggunakan Fungsi yang Ditentukan Pengguna (UDF) untuk meniru sifat aliran darah yang berdenyut.
Salah satu aplikasi paling umum dari nosel konvergen-divergen adalah dalam terowongan angin supersonik. Aliran masuk ke bagian konvergen adalah subsonik dan saat luas penampang bagian konvergen berkurang, kecepatan aliran meningkat hingga mencapai kondisi sonik di tenggorokan. Di bagian divergen dari nosel, aliran dipercepat lebih lanjut sehingga kecepatan aliran di pintu keluar nosel adalah Nomor Mach yang diperlukan di bagian uji. Aplikasi penting lain dari nosel konvergen-divergen adalah di bidang propulsi, di mana ia dirancang untuk menghasilkan daya dorong yang diperlukan dan membantu kemampuan manuver pesawat atau roket. Dalam hal ini, penting untuk menganalisis aliran di dalam nosel dan mengurangi kehilangan tekanan total. Dalam tutorial ini, Anda akan belajar bagaimana mengatur simulasi untuk menganalisis aliran melalui nozzle dengan membuat geometri nozzle, menghubungkan geometri dan menyiapkan model fisika dan numerik.
Airplane wings have streamlined cross-sections. When air flows over these wings, the aerodynamic forces generated on the wing maintains the aircraft in the air. The vertical force responsible for keeping the aircraft in flight is called the lift force. In aerodynamics, the relative velocity of the aircraft and its surrounding fluid (air) is typically compared with the speed of sound using a dimensionless number – the Mach Number. The larger the Mach number, the faster is the speed of the aircraft. For most commercial inter-continental flights, the typical Mach number at the cruising altitude is between 0.6 and 0.8. This flow regime is called Subsonic regime. When the Mach number is between 0.9 and 1.2, the flow regime is commonly referred to as Transonic flow. When the Mach number is greater than 1, the flow is typically Supersonic.
Mendinginkan komponen elektronik penting untuk kelancaran, pengoperasian yang andal. Daya termal yang dihasilkan oleh elektronik merugikan operasinya dan sering menyebabkan kegagalan dini dan siklus hidup yang lebih pendek. Energi panas yang dihasilkan oleh perangkat semikonduktor ini harus dipindahkan dari elektronik untuk menjaga suhu elektronik di bawah nilai kritis yang ditentukan untuk operasi yang andal. Setiap suhu yang lebih tinggi dari suhu kritis dapat merusak elektronik. Ini berlaku untuk laptop, desktop, dan bahkan smartphone. Dalam kebanyakan kasus, para insinyur yang merancang solusi termal ini mengandalkan perpindahan panas konvektif untuk memindahkan daya termal dari elektronik. Solusi termal ini sering kali melibatkan peniupan udara yang relatif lebih dingin di atas peralatan elektronik. Daya termal dari elektronik dikonveksi oleh udara yang lebih dingin ini, menyebabkan kenaikan suhu fluida.
Pergerakan suatu zat dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah biasanya disebut sebagai difusi. Proses difusi berlangsung sempurna karena adanya gradien konsentrasi. Banyak contoh difusi dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari — setetes pewarna makanan yang menyebar melalui segelas air yang akhirnya mengubah warna air, difusi karbon dioksida dari soda terbuka, dan wewangian dari dupa yang terbakar menyebar ke seluruh ruangan . Difusi adalah proses transien di mana laju difusi berubah dengan variasi temporal konsentrasi sistem. Pengetahuan yang baik tentang tingkat difusi membantu insinyur merancang peralatan industri untuk efisiensi yang lebih tinggi, dan simulasi rekayasa memainkan peran penting dalam memprediksi tingkat difusi ini.
Difusi adalah suatu proses yang dihasilkan dari pergerakan suatu zat dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Ini sepenuhnya didorong oleh gradien konsentrasi. Gas yang disimpan dalam wadah adalah contoh difusi yang baik. Partikel fluida ini terus bertabrakan satu sama lain dan dengan dinding wadah. Akhirnya, partikel-partikel gas ini menyebar untuk menempati seluruh volume wadah tempat mereka ditahan. Difusi terjadi dengan sendirinya dan tidak memerlukan pengadukan eksternal, atau pengocokan. Bau dupa atau penyebar yang memenuhi ruangan yang penuh dengan udara diam adalah contoh difusi yang baik. Contoh lain adalah konduksi panas dalam padatan dan cairan yang melibatkan energi panas yang diangkut, atau disebarkan, dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Kursus SimCafe ini dikembangkan oleh Rajesh Bhaskaran, Swanson Director of Engineering Simulation di Cornell University dan Keith Alexander Works, dalam kemitraan dengan Ansys. Ini berfungsi sebagai sumber e-learning untuk mengintegrasikan alat simulasi standar industri ke dalam kursus dan menyediakan sumber daya untuk pembelajaran tambahan di luar kelas. Dalam tutorial ini, kita akan belajar memodelkan masalah difusi tiga dimensi di Ansys Fluent dan membandingkan solusi numerik yang diperoleh dengan hasil analisis.
Pembakaran mencakup dua proses — termal dan kimia — di mana bahan bakar hidrokarbon bereaksi dengan oksidan untuk membentuk produk, disertai dengan pelepasan energi dalam bentuk panas. Ini adalah bagian integral dari berbagai aplikasi teknik seperti mesin pembakaran internal, mesin pesawat, mesin roket, tungku, dan ruang bakar pembangkit listrik. Simulasi pembakaran digunakan secara luas selama tahap desain, analisis, dan kinerja aplikasi yang disebutkan di atas.
Pembakaran mencakup dua proses — termal dan kimia — di mana bahan bakar hidrokarbon bereaksi dengan oksidan untuk membentuk produk, disertai dengan pelepasan energi dalam bentuk panas. Ini adalah bagian integral dari berbagai aplikasi teknik seperti mesin pembakaran internal, mesin pesawat, mesin roket, tungku, dan ruang bakar pembangkit listrik. Simulasi pembakaran digunakan secara luas selama tahap desain, analisis, dan kinerja aplikasi yang disebutkan di atas.
Sebagian besar aliran fluida (gas atau cairan) bersifat turbulen. Aliran ini dicirikan oleh fluktuasi kuantitas transpor yang tidak tetap dan tidak teratur seperti massa, momentum, dan spesies dalam ruang dan waktu. Fluktuasi ini meningkatkan pencampuran aliran. Contoh aliran ini tersebar luas — dari gelombang laut dan angin topan hingga aliran udara di atas mobil, dari knalpot mesin jet hingga mengalir di dalam pipa gas. Secara umum, ada dua jenis struktur aliran turbulen (atau pusaran) — skala besar dan kecil. Pemodelan turbulensi mencoba menangkap pusaran ini untuk memahami medan aliran secara keseluruhan.
Sumber daya energi tak terbarukan semakin menipis, dan alternatif terbarukan mendapatkan perhatian. Salah satu alternatif energi terbarukan yang utama adalah energi angin. Turbin angin digunakan untuk menangkap energi kinetik angin dan mengubahnya menjadi energi listrik. Tergantung pada orientasi poros rotor, turbin angin biasanya dikategorikan sebagai (1) turbin angin sumbu vertikal (VAWT), dan (2) turbin angin sumbu horizontal (HAWT). Untuk meningkatkan efisiensi turbin ini, seorang insinyur desain harus mempertimbangkan gaya aerodinamis pada sudu-sudu dan perilaku aliran di sekitar sudu-sudu tersebut. Simulasi teknik biasanya digunakan untuk memperkirakan gaya aerodinamis ini.
Manusia memanfaatkan sumber energi terbarukan dan tak terbarukan setiap hari untuk pembangkit listrik. Dengan meningkatnya permintaan akan energi bersih serta kemajuan teknologi yang menurunkan biaya secara keseluruhan, sektor energi terbarukan berkembang pesat. Matahari, angin, dan air adalah beberapa sumber utama energi terbarukan. Misalnya, turbin angin memanfaatkan dan mengubah energi kinetik angin menjadi energi listrik. Baling-baling turbin angin menangkap angin, dan gaya aerodinamis (gaya angkat) yang dihasilkan pada bilah ini memutar rotor tempat bilah dipasang. Pada kecepatan angin rendah, aliran di sekitar sudu turbin biasanya stabil. Tetapi dengan meningkatnya kecepatan angin, perilaku aliran di sekitar sudu-sudu menjadi sementara. Ini menciptakan pusaran dalam aliran. Untuk meningkatkan efisiensi turbin ini, seorang insinyur desain harus mempertimbangkan perilaku aliran di sekitar sudu-sudu ini dan memperkirakan gaya aerodinamis yang dihasilkan oleh angin yang mengalir. Simulasi teknik biasanya digunakan untuk memperkirakan gaya aerodinamis ini.
Cerobong asap adalah struktur silinder tinggi yang digunakan untuk membuang gas buang ke atmosfer. Dengan meningkatnya penggunaannya di industri, penting untuk mempelajari efek aerodinamis angin pada cerobong asap ini. Ketika kecepatan angin meningkat, gaya tekanan yang dialami di lokasi yang berbeda dari struktur ini juga meningkat. Menjadi penting untuk memahami dan mempelajari distribusi gaya aerodinamis ini dalam stabilitas struktur, yang dapat diperkirakan dengan bantuan simulasi teknik. Dalam kursus ini, kami mempertimbangkan masalah kanonik aliran tunak melewati silinder untuk memahami efek aerodinamis angin pada cerobong asap.
Sumber energi terbarukan sangat penting untuk memenuhi permintaan energi kita yang tumbuh cepat.
Mereka adalah sumber energi bersih dan perlahan menggantikan sumber konvensional seperti bahan bakar fosil. Dari sumber energi terbarukan yang tersedia, energi angin tersedia dalam jumlah yang melimpah di sebagian besar dunia. Turbin angin digunakan untuk mengubah energi kinetik dari angin yang bergerak menjadi tenaga listrik. Komponen utama dari turbin angin adalah bilah rotor, generator, gearbox, dan sistem kontrol. Bilah rotor secara langsung terkena angin kencang dan harus dirancang untuk menahan beban ini. Pada saat yang sama, untuk mengekstrak energi kinetik maksimum dari angin, kinerja aerodinamis dari sudu-sudu ini perlu dievaluasi. Mereka mengalami gaya angkat dan gaya hambat, dan untuk menghasilkan daya maksimum, gaya angkat yang lebih tinggi dan koefisien hambatan yang lebih rendah diinginkan. Alat simulasi teknik, seperti Ansys Fluent, digunakan untuk mengevaluasi gaya-gaya ini untuk merancang bilah turbin angin. Dalam kursus ini, kita akan menggunakan penampang periodik di sekitar sudu turbin dan mempelajari gaya-gaya yang sama.
Aliran fluida eksternal dapat didefinisikan sebagai aliran di sekitar tubuh sedemikian rupa sehingga tubuh benar-benar terendam di dalamnya, misalnya, aliran di sekitar bilah turbin, kapal selam, dan pesawat terbang, dll. Insinyur mempelajari dan menganalisis aliran ini untuk memahami dan memperkirakan keduanya gaya aerodinamis utama yang diberikan oleh fluida pada objek — gaya hambat dan gaya angkat. Karena sifat fluida (khususnya viskositas), aliran eksternal menunjukkan karakteristik yang berbeda di dekat permukaan objek dibandingkan dengan daerah yang jauh dari objek. Pembentukan lapisan batas, yang merupakan daerah kental tipis tipis di dekat permukaan objek, adalah salah satu elemen umum di semua aliran kental eksternal. Simulasi membantu kami menghitung gaya ini dan membuat perubahan desain yang diperlukan untuk mendapatkan gaya angkat yang lebih tinggi dan meminimalkan hambatan. Dalam kursus ini, kami mempertimbangkan masalah kanonik aliran tunak di atas pelat datar untuk memahami efek aerodinamis pada permukaan datar.
Sebagian besar arus yang kita temui setiap hari bergolak. Gelombang laut, minyak yang diangkut dalam pipa, dan gas buang dari catalytic converter mobil adalah beberapa contoh aliran turbulen. Aliran turbulen adalah aliran kacau dimana fluida mengalami fluktuasi yang tidak teratur baik dalam ruang maupun waktu. Fluktuasi ini menyebabkan peningkatan pencampuran cairan, meningkatkan penurunan tekanan dan perpindahan panas. Fluktuasi aliran disebabkan oleh struktur aliran yang berputar, atau pusaran, yang dapat eksis dalam berbagai ukuran dalam aliran — beberapa kecil, yang homogen dan independen, dan yang lain besar, diatur oleh medan aliran. Untuk mempelajari efek turbulensi, fenomena transportasi yang terkait dengan semua vortisitas ini perlu diselesaikan, yang tidak selalu memungkinkan karena keterbatasan perangkat keras komputasi. Untuk mengurangi ini, konsep rata-rata waktu diperkenalkan dan satu set persamaan, yang disebut Reynolds Averaging Navier-Stokes (RANS), dikembangkan.
Airfoil adalah bentuk penampang sayap pesawat atau bilah baling-baling. Badan airfoil dirancang terutama untuk menghasilkan dua gaya aerodinamis: (1) tegak lurus terhadap aliran arus bebas, yang disebut gaya angkat, dan (2) gaya resistif dalam arah aliran arus bebas, yang disebut gaya hambat. memaksa. Bentuk airfoil, luas permukaan, dan angle of attack memainkan peran penting dalam menentukan besarnya gaya aerodinamis pada airfoil. Saat merancang airfoil, kompromi terbaik harus diperoleh antara gaya angkat dan gaya hambat pada kondisi aliran bebas yang berbeda. Simulasi teknik, terutama CFD, membantu desainer memahami pengaruh perubahan parameter yang berbeda pada gaya aerodinamis yang bekerja pada airfoil.
Perpindahan panas konvektif terjadi ketika ada pertukaran energi antara fluida yang mengalir dan benda padat. Pertukaran energi atau perpindahan panas ini terjadi pada permukaan padatan yang bersentuhan dengan fluida dan terutama diatur oleh perbedaan suhu antara padatan dan fluida. Istilah “konveksi paksa” digunakan ketika gerakan fluida didorong oleh sarana eksternal, seperti pompa atau alat penghisap. Ketika fluida bergerak karena gaya apung, fenomena konveksi biasanya disebut sebagai “konveksi alami”; contohnya termasuk balon udara panas, sirkulasi darah, dll. Dalam sebagian besar aplikasi industri, konveksi paksa digunakan untuk perpindahan panas yang efektif dan efisien dalam aplikasi seperti turbin uap, penukar panas, dll. Ketika aliran fluida paksa bergolak, hal itu meningkatkan laju pencampuran dan akhirnya mengarah pada peningkatan perpindahan panas dibandingkan dengan aliran fluida laminar. Laju perpindahan panas ini dapat dihitung dengan bantuan simulasi teknik. Dalam kursus ini, kami mempertimbangkan aliran turbulen melalui pipa dengan bagian yang dipanaskan di tengah pipa.
Dalam banyak aplikasi industri, seperti ruang bakar dan mixer, aliran yang dimasukkan ke dalam domain aliran berbentuk jet. Sebuah jet, yang merupakan jenis aliran geser bebas, dikeluarkan dari sumber terbatas seperti nosel ke sekeliling yang diam. Ini umumnya aliran cairan yang mengalir yang bercampur dengan cairan diam di sekitarnya yang umumnya diam. Tergantung pada penampang knalpot, aliran jet ini bisa berbentuk planar atau bulat. Dari sudut pandang teknik, kecepatan garis tengah jet, laju penyebaran, dan panjang penetrasi adalah parameter yang menarik. Berdasarkan sifat alirannya, aliran jet dapat bersifat laminar atau turbulen. Nozel dirancang untuk efisiensi maksimum dalam kondisi aliran tertentu dengan mempelajari perilaku aliran ini. Ini dapat dicapai dengan menggunakan dinamika fluida komputasi (CFD).
Sebagian besar aliran fluida relatif sederhana, seperti aliran udara di atas mobil atau aliran air di dalam pipa. Pemahaman yang baik tentang fisika aliran membantu para insinyur merancang produk yang efisien. Karakteristik aliran untuk masalah tersebut dapat dipelajari dengan menggunakan model CFD tanpa perlu penyesuaian tambahan. Ansys Fluent menyediakan banyak model bawaan untuk mempelajari fenomena aliran reguler seperti itu. Namun, aplikasi lain terkadang memerlukan penyesuaian tambahan, yang di Ansys Fluent dapat disediakan menggunakan Fungsi yang Ditentukan Pengguna atau UDF. Fungsi yang ditentukan pengguna, atau UDF, adalah kode C atau C++ yang dapat dimuat secara dinamis ke Ansys Fluent untuk meningkatkan fitur standarnya. Misalnya, insinyur dapat menggunakan UDF untuk menyesuaikan kondisi batas, definisi properti material, dan laju reaksi permukaan dan volume. Kursus ini akan mendemonstrasikan penggunaan UDF untuk mengintegrasikan koefisien angkat pada masalah kanonik — aliran yang melewati silinder.
Ketika kecepatan benda melebihi kecepatan suara dalam medium yang sama, dikatakan telah mencapai kecepatan supersonik. Bilangan Mach, yang merupakan ciri bilangan non-dimensi yang sering digunakan untuk menggambarkan kecepatan benda sehubungan dengan kecepatan suara, berkisar antara 1,2 dan 5 misalnya, untuk masuk kembali pesawat ulang-alik, pesawat penumpang supersonik, dll. Pada kecepatan ini , gelombang kejut, yang merupakan diskontinuitas spasial yang tajam dalam sifat aliran seperti kepadatan, kecepatan, dan tekanan, dibuat. Karena perubahan mendadak dalam sifat aliran seperti tekanan, menjadi penting untuk mempelajari efek gelombang kejut pada objek yang bergerak untuk integritas dan stabilitas struktural. Ini dapat dilakukan dengan bantuan dinamika fluida komputasi (CFD). Dalam kursus ini, kami memodelkan masalah kanonik yang melibatkan aliran supersonik di atas irisan.
Banyak industri memiliki cerobong asap untuk ventilasi gas buang atau asap yang dihasilkan oleh tungku, ketel, dll. Karena tingginya, udara eksternal yang mengalir di atas cerobong tinggi ini memberikan gaya aerodinamis pada mereka. Oleh karena itu, integritas struktural cerobong asap ini sangat penting. Ketika aliran udara melewati cerobong asap pada bilangan Reynolds rendah, alirannya simetris. Ketika bilangan Reynolds aliran meningkat, medan aliran menjadi asimetris, yang mengarah pada pembentukan struktur pusaran periodik dalam aliran. Ini disebut Von Karman Vortices, dan mereka terlepas secara berkala dari tubuh menciptakan pola pusaran yang berulang di belakangnya. Ketika frekuensi vortisitas ini sesuai dengan frekuensi resonansi dari struktur tinggi ini, hal itu dapat menyebabkan osilasi hebat dalam struktur yang dapat merusak atau, lebih buruk lagi, menghancurkan cerobong asap. Dalam contoh Sim Café ini, kita akan mempertimbangkan masalah kanonik aliran tidak tunak melewati silinder untuk memahami efek aerodinamis angin pada cerobong asap.