Pendahuluan

Dinamika fluida berkaitan dengan gerakan fluida (cairan dan gas) dan gaya yang bekerja pada mereka. “Komputasi” merujuk pada perhitungan aliran dan gaya menggunakan analisis numerik. Secara harfiah, computational fluid dynamics (CFD) berarti prediksi gerakan dan gaya pada fluida dengan menggunakan perhitungan analisis numerik.
Saat ini, istilah computational fluid dynamics, biasanya disingkat menjadi CFD, digunakan untuk menggambarkan rentang perhitungan yang lebih luas untuk berbagai aplikasi ilmiah dan rekayasa. Secara khusus, digunakan untuk aplikasi yang melibatkan panas, termasuk hal berikut:

Mesin, seperti mesin pembakaran dalam, turbin;
Pemulihan panas (heat recovery), misalnya penukar panas (heat exchanger);
Manajemen termal, misalnya pendinginan dan sistem knalpot;
Kenyamanan termal, seperti pemanasan, ventilasi, dan sistem pengkondisian udara.

CFD mencakup berbagai kondisi yang mewakili perilaku fluida pada berbagai fenomena.
Termodinamika menjadi faktor penting dalam banyak aplikasi CFD, karena berkaitan dengan energi internal dan suhu yang mempengaruhi aliran panas. Sumber panas lainnya, seperti radiasi termal dan reaksi kimia, terutama pembakaran, juga relevan. Transfer panas dapat melibatkan konduksi dalam bahan padat yang berhubungan dengan aliran fluida, fenomena ini yang dikenal sebagai perpindahan panas konjugat. Dengan mempertimbangkan contoh-contoh tersebut, definisi modern dari computational fluid dynamics mencakup prediksi gerakan dan gaya fluida melalui perhitungan analisis numerik yang melibatkan analisis panas, termodinamika, kimia, dan bahan padat.

- Analisis numerik menyediakan banyak metode dan algoritma yang cocok untuk CFD. Metode-metode tersebut meliputi volume hingga (finite volume), elemen hingga (finite element), dan diferensiasi hingga (finite different). Metode-metode ini menghitung distribusi properti seperti tekanan, kecepatan, dan suhu di wilayah-wilayah ruang yang tetap. Sebagai alternatif, metode berbasis partikel mengatributkan properti pada partikel yang direpresentasikan oleh titik-titik dalam ruang, di mana pergerakannya dapat dihitung.

Metode partikel sering digunakan untuk mendekati fitur aliran skala kecil, seperti semprotan cairan misalnya untuk pendinginan, pelapisan, pembersihan, pertanian, produksi makanan, pemadaman api, pengurangan emisi, dan penyuntikan bahan bakar. Partikel padat juga dapat disimulasikan dalam aplikasi seperti penyaringan, erosi, dan tempat tidur fluida.

Sebagai penyajian prinsip-prinsip umum, literasi ini menjelaskan metode numerik untuk memecahkan masalah dalam dinamika fluida, termasuk panas dan beberapa dasar termodinamika, tetapi tidak mencakup radiasi termal, kimia, dan bahan padat.
Konten ini secara khusus didedikasikan untuk metode volume hingga (Finite Volume Method, FVM), yang telah menjadi metode pilihan selama beberapa dekade dalam kode CFD serba guna yang paling populer, seperti OpenFOAM. Namun liiterasi ini tidak membahas metode partikel.

Review Solusi

1.1 Gambaran Solusi

Pada pendahuluan, mari kita bayangkan menghitung aliran fluida sepanjang pipa dengan CFD. Untuk melakukan perhitungan, langkah pertama adalah mendeskripsikan masalah dengan:

Domain (wilayah atau area) yang ditempati oleh fluida, yaitu bagian internal pipa;
Persamaan yang mewakili perilaku fluida, dalam hal properti seperti tekanan p dan kecepatan u;
Kondisi di batas domain fluida serta kondisi awal di dalam domain untuk properti fluida.

Deskripsi ini direpresentasikan Dalam CFD oleh hal berikut:

Computational Mesh untuk fluida;
Persamaan dan algoritma “diskrit” untuk menghitung p dan u;
Kondisi awal dan batas untuk p dan u.

Bab 2 memperkenalkan governing equation dan model dasar untuk gerakan fluida, gaya, dan panas. Turbulensi, yang umumnya terjadi dalam banyak aliran, diperkenalkan dalam Bab 6, dan pemodelan standarnya dijelaskan dalam Bab 7.

Metode volume hingga (Finite Volume Method) dibahas dalam Bab 3, yang menguraikan bagaimana persamaan dinyatakan dalam bentuk diskrit menggunakan representasi geometris dari computational mesh. Algoritma untuk menyelesaikan persamaan matriks dan menggabungkan sistem persamaan dijelaskan dalam Bab 5.
Bab 4 membahas kondisi batas (boundary condition) dari perspektif numerik, yaitu bagaimana kondisi ini memodifikasi persamaan matriks untuk mempengaruhi hasil simulasi.

Tambahan penjelasan terkait dasar-dasar FVM

Finite Volume Method (FVM)