Meshing

• Mengonversi model geometri menjadi mesh yang terdiri dari sel-sel kecil pada OpenFOAM menggunakan utilitas “blockMesh”.
• Melakukan penyempurnaan (refinement) pada mesh untuk area yang membutuhkan resolusi lebih tinggi terutama di area aliran turbulen. Mengubah file mengunakan “snappyHexMeshDict”: Anda perlu mengedit file snappyHexMeshDict yang terletak di direktori “system”. Di dalam file ini, Anda akan mengatur berbagai parameter untuk meshing, seperti pengaturan celah (refinement levels), celah celah permukaan (surface refinement), celah celah volume (volume refinement), dan lainnya.
• Menjalankan utilitas “snappyHexMesh”:
• setelah mengedit snappyHexMeshDict, Anda dapat mengikuti langkah-langkah berikut:

1. Pertama, jalankan decomposePar untuk membagi kasus menjadi beberapa bagian yang dapat dikerjakan secara paralel. Anda bisa menggunakan opsi -copyZero atau -force sesuai kebutuhan:

“decomposePar -copyZero” atau “decomposePar -force”

2. Setelah itu, jalankan snappyHexMesh secara paralel menggunakan perintah mpirun dengan jumlah proses yang diinginkan. Misalnya, jika Anda ingin menggunakan 16 prosesor, perintahnya adalah:

“mpirun -np 16 snappyHexMesh -parallel -overwrite”

Penjelasan:

decomposePar: Utilitas ini digunakan untuk membagi kasus CFD menjadi beberapa bagian sehingga dapat dijalankan secara paralel pada banyak prosesor.

-copyZero: Opsi ini digunakan untuk menyalin file 0 directory ke setiap prosesor.

-force: Opsi ini memaksa decomposePar untuk menimpa pembagian sebelumnya jika ada.

mpirun: Perintah ini digunakan untuk menjalankan aplikasi secara paralel menggunakan MPI (Message Passing Interface).

-np 16: Menunjukkan bahwa aplikasi akan dijalankan pada 16 proses.

snappyHexMesh: Utilitas ini digunakan untuk menghasilkan mesh berbasis heksagonal yang dapat disesuaikan dengan geometri yang kompleks.

-parallel: Opsi ini menunjukkan bahwa aplikasi akan dijalankan secara paralel.

-overwrite: Opsi ini memastikan bahwa hasil baru akan menimpa hasil yang ada, mempertahankan folder lama.

• Visualisasi Mesh: Anda bisa memeriksa hasil meshing menggunakan paraView atau tools visualisasi lainnya yang mendukung format OpenFOAM.
• Dalam OpenFOAM, perintah transformPoints digunakan untuk mengubah posisi titik-titik dalam sebuah mesh (jaringan). Opsi –scale memungkinkan Anda untuk mengubah skala mesh dengan faktor tertentu.

Perintah transformPoints –scale (0.001) akan menskalakan mesh dengan faktor 0.001, yang berarti mesh akan menjadi 1000 kali lebih kecil. Ini berguna ketika Anda perlu mengonversi mesh dari satu skala ke skala lain, misalnya dari milimeter ke meter atau sebaliknya.

Jalankan perintah transformPoints: 

transformPoints –scale “(0.001)”

Perintah ini akan mengubah ukuran mesh dengan faktor 0.001 dalam semua arah (x, y, dan z), mengakibatkan mesh menjadi 1000 kali lebih kecil.

·       Memeriksa mesh setelah transformasi: menggunakan utilitas “checkMesh”Ini akan memberikan informasi tentang mesh setelah transformasi, memastikan bahwa transformasi telah berhasil.Catatan·  Pastikan Anda memiliki backup dari direktori kasus sebelum melakukan transformasi, karena perubahan ini tidak bisa dibatalkan dengan mudah.·  Transformasi ini hanya mengubah geometri mesh, bukan data lain seperti properti material atau boundary conditions. Pastikan untuk menyesuaikan parameter lain yang mungkin terpengaruh oleh perubahan skala.

• Setup data simulasi

Pada OpenFOAM pembuatan struktur folder menggunakan struktur folder tertentu untuk setiap simulasi, termasuk direktori constant, system, dan 0 (zero), dimana constant berisi file konfigurasi untuk properti fisik dan model turbulensi, system: berisi file untuk kontrol simulasi, seperti control dict, fvschemes, dan fvsolution dan 0 (zero): Berisi kondisi awal dan batas (initial and boundary conditions) untuk variabel-variabel yang dianalisis (misalnya kecepatan, tekanan, dll).

• Kondisi batas dan awal

• Menentukan kondisi batas (boundary conditions) untuk domain simulasi, seperti inlet, outlet, wall, dan symmetry.
• Menentukan kondisi awal (initial conditions) dari variabel yang dianalisis.
  
  • Menjalankan Simulasi
• Menentukan parameter kontrol seperti durasi waktu simulasi, interval waktu penyimpanan data, dan pengaturan
• Menjalankan solver OpenFOAM yang sesuai untuk kasus spesifik (misalnya simpleFoam untuk aliran stasioner, pisoFoam untuk aliran transien) untuk menjalankan simulasi.

·       Jalankan utilitas “decomposePar -force”Perintah ini digunakan untuk membagi domain simulasi menjadi beberapa bagian lebih kecil sehingga dapat dijalankan secara paralel. Opsi -force memastikan bahwa file dekomposisi yang ada akan ditimpa jika sudah ada.

• Jalankan Simulasi Secara Paralel dengan utilitas “mpirun -np xx simpleFoam -parallel”

Perintah ini menjalankan solver OpenFOAM secara paralel menggunakan sejumlah prosesor yang ditentukan dengan –np xx. Contoh untuk menggunakan 16 prosesor: “mpirun -np 16 simpleFoam -parallel”

·       Rekonstruksi Data dengan “./parReconstructPar -n 16”

Setelah simulasi paralel selesai, hasilnya mungkin tersebar di beberapa file. Perintah ini digunakan untuk menggabungkan hasil-hasil tersebut kembali ke satu set file yang dapat dianalisis lebih mudah. Opsi -n 16 menunjukkan jumlah prosesor yang digunakan untuk rekonstruksi.

• Monitoring Simulasi

• Memantau log file selama simulasi untuk memastikan bahwa simulasi berjalan dengan benar dan tidak ada kesalahan.
• Melakukan analisis awal dari hasil simulasi selama masih berjalan untuk memastikan hasil yang dihasilkan masuk akal.

• Post-processing

• Visualisasi hasil analisis dengan menggunakan perangkat ParaView untuk mengetahui hasil simulasi, termasuk distribusi tekanan, kecepatan, dan variabel lainnya.
• Perintah “touch nama.foam” digunakan untuk membuat sebuah file kosong bernama nama.foam. File ini sering digunakan dalam konteks pemrosesan pasca-simulasi (post-processing) dengan perangkat lunak visualisasi seperti ParaView. Ketika menggunakan perangkat lunak visualisasi seperti ParaView untuk melihat hasil simulasi OpenFOAM, file dengan ekstensi .foam sering digunakan sebagai indikator untuk mengarahkan ParaView agar mengenali direktori simulasi OpenFOAM. File ini bertindak sebagai “flag” atau penanda yang memberi tahu ParaView bahwa direktori tersebut berisi data simulasi OpenFOAM yang siap untuk divisualisasikan.
• Melakukan analisis data lebih lanjut pada hasil simulasi untuk mendapatkan insight yang lebih mendalam, seperti profil aliran, vortisitas, dan lain-lain.
  
  • Validasi dan verifikasi
• Validasi: Bandingkan hasil simulasi dengan data eksperimen untuk memastikan keakuratan model.
• Verifikasi: Memastikan simulasi berjalan dengan benar tanpa kesalahan numerik atau konfigurasi dari system yang telah dibuat.
  
  • Dokumentasi dan pelaporan
• Mendokumentasikan seluruh langkah proses simulasi, pengaturan yang digunakan dan hasil yang diperoleh.
• Membuat laporan yang mencakup hasil analisis, kesimpulan, dan rekomendasi berdasarkan hasil simulasi.

Melalui tahapan-tahapan ini, analisis CFD menggunakan OpenFOAM dapat dilakukan secara sistematis dan efektif, menghasilkan data yang berguna.

Hasil simulasi CFD yang optimal dengan OpenFOAM ini diseleksi dan dimodifikasi guna mendapatkan kombinasi saluran pengarah yang dapat menghasilkan daya aliran terbesar. Model geometri yang optimal ini divalidasi melalui eksperimen dengan menggunakan prototype yang sesuai dengan bentuk desainnya. Teknik pengambilan data yang diterapkan adalah mengukur langsung alat pembaca data logger yang terkoneksi langsung dengan sensor yang terpasang pada komponen saluran pengarah turbin hidrokinetik, yang di atur per setiap detik. Pada Penelitian II ini melakukan variasi kecepatan aliran dengan cara mengatur kecepatan kapal penarik agar output kecepatan alirannya juga dapat bervariasi.. Probability data sampling dengan cara area cluster data sampling digunakan untuk mengelompokkan hasil penelitian berdasarkan ranges kecepatan aliran yang dikelompokkan. Hasil akhir dari penelitian ini adalah membandingkan hasil eksperimen dengan hasil simulasi.

• Diagram alir penelitian

Alur penelitian tahap ke 2 ini terdiri dari dua bagian yaitu analisis numerik dengan CFD pada bagian 1 dan dilanjutkan dengan bagian 2 yaitu dengan melakukan eksperimen terhadap hasil simulasi yang optimal dengan skema seperti berikut;