Iterasi dalam simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD) dengan OpenFOAM merujuk pada proses pengulangan perhitungan numerik untuk menyelesaikan sistem persamaan yang menggambarkan aliran fluida dan fenomena fisika terkait lainnya. Berikut adalah penjelasan lengkap tentang iterasi dalam konteks simulasi CFD menggunakan OpenFOAM:

1. Konsep Dasar Iterasi

CFD memecahkan persamaan Navier-Stokes yang nonlinear dan parsial untuk menentukan perilaku aliran fluida. Karena sifat non-linear dari persamaan ini, solusinya biasanya ditemukan secara numerik dengan menggunakan metode iteratif.

2. Proses Iterasi

Setiap iterasi terdiri dari beberapa langkah perhitungan yang berulang hingga solusi mencapai konvergensi. Proses iterasi dalam OpenFOAM melibatkan:

a. Inisialisasi

• Menentukan kondisi awal untuk variabel aliran (misalnya, kecepatan, tekanan, temperatur).
• Menetapkan parameter numerik seperti waktu langkah (time step) dan kriteria konvergensi.

b. Pemecahan Sistem Persamaan

• Pemecahan persamaan momentum (untuk kecepatan) dan persamaan kontinuitas (untuk tekanan).
• Menggunakan metode diskrentisasi seperti metode volume hingga (Finite Volume Method) untuk mengkonversi persamaan diferensial parsial menjadi sistem persamaan aljabar.
• Menggunakan solver iteratif seperti SIMPLE, PISO, atau PIMPLE untuk menyelesaikan sistem persamaan.

c. Koreksi dan Pembaruan

• Memperbarui nilai variabel berdasarkan solusi dari sistem persamaan.
• Memperbaiki kesalahan atau deviasi dari solusi sebelumnya.

3. Kriteria Konvergensi

Konvergensi dicapai ketika perubahan nilai variabel antar iterasi menjadi sangat kecil atau berada dalam batas toleransi yang ditentukan. Kriteria konvergensi umumnya didasarkan pada:

• Residual (sisa) dari persamaan aljabar.
• Perubahan relatif dalam variabel utama (misalnya, kecepatan, tekanan).
• Kestabilan numerik dan fisika model.

4. Pengendalian Iterasi

OpenFOAM menyediakan berbagai pengaturan untuk mengendalikan proses iterasi, termasuk:

• fvSolution: File ini menentukan metode numerik dan pengaturan solver yang akan digunakan.
• fvSchemes: File ini mengatur skema diskrentisasi untuk berbagai istilah dalam persamaan.
• controlDict: Mengatur parameter waktu dan pengendalian simulasi seperti waktu simulasi, interval keluaran data, dan kriteria konvergensi.

5. Output dan Analisis

• Setiap iterasi menghasilkan data yang dapat dianalisis untuk memastikan solusi yang stabil dan akurat.
• Visualisasi dan post-processing dilakukan untuk menilai konvergensi dan kualitas hasil simulasi.

Contoh Proses Iterasi dalam OpenFOAM

Berikut adalah cuplikan pengaturan di fvSolution untuk iterasi solver:

solvers

{

p
{
solver PCG;
preconditioner DIC;
tolerance 1e-6;
relTol 0;
}

U
{
solver PBiCG;
preconditioner DILU;
tolerance 1e-5;
relTol 0.1;
}

}

Dalam contoh di atas:

• solver mengatur metode yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan (misalnya, PCG untuk tekanan p).
• tolerance menentukan kriteria konvergensi absolut.
• relTol menentukan kriteria konvergensi relatif.

Kesimpulan

Iterasi dalam simulasi CFD dengan OpenFOAM adalah proses penting yang memungkinkan penyelesaian sistem persamaan nonlinear yang kompleks. Dengan pengaturan yang tepat dan analisis hasil, iterasi ini membantu mencapai solusi yang akurat dan andal untuk berbagai masalah aliran fluida dan fenomena terkait lainnya.