Anal Analisa Alir Aliran dalam dalam Sebuah Sistem stem Pemi Pemipaan paan PENDAHULUAN Permasalahan Fisik : Menghitung dan menge-plot distribusi kecepatan dalam sistem pemipaan melalui gambar. Kasus yang dianalis dianali sa aliran alir an air dalam sistem pemipaan. pemipaan. Penjelasan Permasalahan : Bentuk dari grid pipa ditunjukkan dalam gambar. Tiap titik tinjauan berjarak 0.33m dengan tujuan untuk menge-plot menge-plot profil prof il kecepa kecepatt an dalam pipa unt uk mengg menggambarkan ambarkan variasi kecepa kecepatt an keluar pada pipa bawah
Fluida lui da
: Air
Kecepat ecepatan an saluran masuk masuk 1
: 0.5 m/ s
Kecepat ecepatan an saluran masuk masuk 2
: 1 m/ s
Densit Densitas as
: 1000kg 1000kg// m
Viskosit Viskositas as
: 1 kg/ kg/ m.s
3
Anal Analisa Alir Aliran dalam dalam Sebuah Sistem stem Pemi Pemipaan paan PENDAHULUAN Permasalahan Fisik : Menghitung dan menge-plot distribusi kecepatan dalam sistem pemipaan melalui gambar. Kasus yang dianalis dianali sa aliran alir an air dalam sistem pemipaan. pemipaan. Penjelasan Permasalahan : Bentuk dari grid pipa ditunjukkan dalam gambar. Tiap titik tinjauan berjarak 0.33m dengan tujuan untuk menge-plot menge-plot profil prof il kecepa kecepatt an dalam pipa unt uk mengg menggambarkan ambarkan variasi kecepa kecepatt an keluar pada pipa bawah
Fluida lui da
: Air
Kecepat ecepatan an saluran masuk masuk 1
: 0.5 m/ s
Kecepat ecepatan an saluran masuk masuk 2
: 1 m/ s
Densit Densitas as
: 1000kg 1000kg// m
Viskosit Viskositas as
: 1 kg/ kg/ m.s
3
Program ANSYS PRE-PROCESSOR Men-setting Work Plane workplane >> wp settings Pilih tombol cartesian and grid only, masukkan nilainya seperti pd Gb 3
Cartes art esian ian : Meng M engguna gunakan kan sys systt em koordinat cart cartes esius ius
Grid ri d Only Only : Hanya Hanya menam menampil pilkan kan gri grid d (petak-petak) (petak-pet ak)
- Jika cartesian grid nya belum muncul workplane >> display working plane
Enable Snap : Mengaktifkan snap ( fasilitas untuk memudahkan mencari titik yg d kehendaki )
Snap Incremental Incremental : Kenaikan Kenaikan / perbedaan jarak snap snap
Spacing : beda jarak jar ak pada grid grid
Minimum Mi nimum : koordinat minimal minimal
Maximum : koordinat maksimal maksimal
Tolerance : tolerans tol eransii grid
Tampilan grid workplane setelah kita masukkan parameter pada saat men-setting. Pada perpotongan garis itu t empat empat kita kit a nantinya nanti nya membuat membuat keypoint (KP (KP). Dengan Dengan fasilit fasili t as snap snap kit a bisa membuat membuat KP t epat epat pada perpotongan garis itu. M embuat Key Point (KP) (KP) - Prepr Preproces ocessor sor >> modeli model ing >> create creat e >> >> keypiont s >> in act act ive cs / on worki working ng pl pl ane In act act ive coordinat sys systt em
: membuat membuat KP dengan dengan menuliskan nomor dan koordinat koordi nat
On worki wor king ng plane plane pakai )
: membuat KP dengan dengan menunjuk menunj uk langsung angsung pada bidang bidang koordi koor dinat nat (yg kit kit a
Cara membuat KP dengan fasilitas On Working Plane (WP) adalah : Meng-klik salah satu titik pada grid, sehingga muncul kotak kuning kecil pada titik tersebut. Kemudian muncul box / window Create KPs on WP. Count
: jumlah titik yang d pilih / d klik untuk d jadikan KP
WP X
: posisi terhadap sumbu X pada WP
WP Y
: posisi terhadap sumbu Y pada WP
Kemudian d klik apply / OK sehingga titik yang tadi ada kotak kuning nya tanda nya berubah menjadi angka 1. Maksudnya tit ik tersebut sekarang menjadi KP nomor 1. Unt uk KP yang lain cara nya sama. Semua KP dibuat hingga terbentuk KP untuk kerangka luasan / area yang dibut uhkan.
Membuat Area - Preprocessor >> modeling >> create >> areas >>arbitrary >> Through KPs Menggunakan key point untuk membuat area / luasan.
Pilih KP pembentuk area yang telah dibuat sebelumnya dengan cara meng kli k KP tersebut. Pada KP yang di pilih akan terdapat kotak kuning. Klik semua KP satu kali saja. Sehingga Count nya menjadi 18 sama dengan jumlah total KP yaitu 18. ( Minimum KP yang d pilih untuk membuat area adalah 3 ) Setelah itu klik OK.
Properti Elemen - Preprocessor >> tipe elemen >> add/ edit/ delete. Pada jendela 'element type'. Klik add
- Ketik 1 pada element type reference number - Klik flotran cfd dan pilih 2d flotran 141. klik ok. tutup jendela element type - Jadi kita sudah memilih elemen tipe 1 sebagai elemen flotran. Sekarang komponen t ersebut akan digunakan sebagai model menggunakan prinsip dinamika fluida. Properti Fluida - preprocessor >> flotran set up >> fluid properties density >> constant viscisity >> constant Klik OK
CFD Flow Properties density >> 1000 viscosity >> 1
Material Properties - preprocessor >> material properties >> material models cfd >> density >> dens 1000
cfd >> viscosity >> visc 1
Meshing - Membagi area kedalam element preprocessor >> meshing >> size cntrl >> manual size >> global >> size
SIZE >> 0.025 NDIV >> 0
- preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> pick all
Kondisi Batas - preprocessor >> loads >> define loads >> aplly >> fluid cfd >> velovity >> on lines Pilih sebuah garis tepi kiri.
VX >> 0.5
Ulangi perintah d atas untuk saluran masuk ke dua ( bagian atas ) Pilih sebuah garis tepi vertikal di sebelah kanan atas. Kemudian klik OK VX >> -1 ( negative direction )
Ulangi perintah d atas untuk semua dinding pipa Pilih seluruh garis yang menjadi dinding saluran. Kemudian klik OK - Menge-set kecepatan menjadi 0 ( Nol ) untuk semua dinding pipa. Hal ini karena No Slip Condition (VX = VY = 0 untuk semua sisi / dinding saluran )
- preprocessor >> loads >> define loads >> apply >> fluid cfd >> pressure dof >>
Pilih saluran keluar (pipa bawah sebelah kanan). Klik OK Aplly PRES on lines as a >> Constant value Aplly to end points >> yes
SOLUTION - solution >> flotran set up >> execution control
EXEC >> 50
Klik OK
- solution >> run flotran Tunggu sampai proses nya selesai. Klik OK
POST-PROCESSING Menampilkan distrbusi kecepatan fluida pada saluran pipa - general postproc >> read result >> last set Membaca hasil penghitungan yang terakhir dari iterasi. - general postproc >> plot result >> countur plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> fluid velocity
Pada DOF solution terdapat beberapa parameter yang bisa dilihat plot contour-nya. Seperti : Pressure, Fluid Velocit y, Turbulent Kinetic Energy, Turbulent Energy Dissipation.
Pada gambar t ampak area mana saja yang memiliki kecepatan yang seragam. Tinggi rendahnya kecepatan dit unjukkan dengan indeks / skala warna yang dilengkapi dengan nilai kecepatan - general postproc >> plot result >> vector plot >> predefined Pilih ok untuk default setting nya
Tampilan vector kecepatan pada saluran saluran. Hampir sama dengan yang plot contour namun ini ditunjukkan dengan vektor.
Distribusi Temperatur pada Sebuah Plat PENDAHULUAN Dalam latihan ini, kita akan mempelajari tentang konduksi panas 2D menggunakan ANSYS 10 ED. Permasalahan / Persoalan diambil dari buku Int roduction t o Heat Transfer yang d tulis oleh Frank Incropera dan David P. Dewitt. Plat yang akan digunakan mempunyai dimensi tertentu d beri temperatur pada pada tepi2 nya. Konduktifitas termal plat, KXX=401 W/(m-K)
Program ANSYS PRE-PROCESSOR Tipe elemen - preprocessor >> element type >> add/edit/ delete. Pada jendela 'element type'. klik add
33
Ketik 1 pada element type reference number Klik thermal mass solid dan pilih quad 4node 55. klik ok. Tutup jendela element type Jadi kit a sudah memilih elemen tipe 1 sebagai elemen thermal.
Properti Material - preprocessor >> material properties >> material models thermal >> conductivit y >> isotropic KXX 401. Klik OK
34
Membuat Area -preprocessor >> modelling >> create >> areas >> rectangle >> by dimension (X1,Y1) adalah (0,0) dan (X2,Y2) adalah (10,20)
Tampilan rectangle yang dibuat dengan ukuran panjang pada sumbu X sebesar 10 dan pada sumbu Y sebesar 20. Untuk membuat rectangle tidak harus dengan menggunakan cara itu, ada cara lain yang bisa digunakan.
Meshing Membagi garis menjadi beberapa elemen - preprocessor >> meshing >> size cntrl >> manual size >> lines >> picked lines Pilih 2 garis horizontal. Klik OK NDIV 6 untuk sisi horizontal. Klik OK ( Untuk sisi vertikal, langkah-langkah nya sama tp NDIV nya d isi 12 )
35
Melakukan meshing pada area - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> mapped >> 3 or 4 sided >> pick all
Kondisi Batas - preprocessor >> define loads >> aplly >> thermal >> temperature >> on lines
DOFs to be constrained
Value TEMP
Apply TEMP to EndPoints
Garis Vertikal Kiri + Kanan
TEMP
100
NO
Garis Horizontal Bawah
TEMP
100
YES
Garis Horizontal Atas
TEMP
200
NO
36
- preprocessor >> define loads >> aplly >> thermal >> temperature >> on KPs Terdapat 4 KP pada model, masing2 satu d sudut2 area tersebut. Pilih 2 sudut yang sebelah atas DOFs to be constrained >> TEMP Value t emp 150, Apply TEMP to endpoints NO
37
SOLUTION - solution >> solve >> current LS Klik OK. Tunggu sampai proses nya selesai. Klik Close POST-PROCESSING - plot distribusi temperatur - general postproc >> plot result >> countur plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> temperature
38
Thermal - Mixed Boundary Example (Conduction / Convection / Insulated) PENDAHULUAN Pada tutorial ini akan menjelaskan cara menyelesaikan permasalahan distribusi panas. Analisa dari sebuah konduksi sederhana sama halnya dengan gabungan permasalahan konduksi / konveksi / isolasi akan dipraktekkan dalam tutorial ini.
Program ANSYS PRE-PROCESSOR Tipe elemen - preprocessor >> element type >> add/edit/ delete.
-element type reference number 1 -thermal mass solid >>quad 4node 55
Dalam permasalahan konduksi, kita akan menggunakan PLANE55 (Thermal Solid, Quad 4node 55). Elemen ini memiliki 4 node dan sebuah 1 DOF (degree of freedom) temperature pada tiap node. PLANE55 hanya dapat digunakan untuk kondisi steady 2 dimensi atau analisa thermal t ransien. Properti Material -preprocessor >> material properties >> material models -thermal >> conductivity >> isotropic KXX 10. Klik OK
Membuat Area -preprocessor >> modeling >> create >> areas >> rectangle >> by 2 Corners >> X=0, Y=0, Widt h=1, Height=1
Meshing Membagi garis menjadi beberapa elemen -preprocessor >> meshing >> size cntrls >> manual size >> areas >> all areas >> 0.05
Melakukan meshing pada area -preprocessor >> meshing > > mesh >> areas >> free > pick all
Kondisi Batas -solution >> define loads >> apply >> thermal >> temperature >> on lines DOFs to be constrained
Value TEMP
Apply TEMP to EndPoints
Garis Vert ikal Kiri
TEMP
100
No
Garis Horizontal Atas
TEMP
500
No
-solution >> define loads >> apply >> thermal >> convection >> on lines Koefisien Perpindahan Panas Konveksi 10 W/ m2* C Temperartur Lingkungan 100 o C VALJ dan VAL2J tdk perlu d isi karena tjd konveksi uniform d sepanjang garis Film Coefficient
Bulk temperatur
Garis Vert ikal Kanan
10
100
Garis Horizontal Bawah
0
-
SOLUTION - solution >> solve >> current LS Klik OK. Tunggu sampai proses nya selesai. Klik Close
POST-PROCESSING - plot distribusi temperatur - general postproc >> plot result >> countur plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> temperature
Distribusi Temperature pada sebuah Sirip Pendingin Komponen Elektronik
PENDAHULUAN Permasalahan Fisik : Semua alat elektronik membangkitkan panas selama dalam kondisi operasi. Untuk menghasilkan kerja optimal dari komponen tersebut, panas yang dibangkitkan perlu untuk d pindahkan sehingga pada akhirnya komponen tersebut dapat didinginkan. Hal ini bisa dilakukan dengan menambahkan sirip pada alat tersebut yang bertujuam untuk mempercepat pembuangan panas ke lingkungan sekitar. Penjelasan Permasalahan : Untuk menyederhanakan kita mengasusmsikan papan circuit terbuat dari tembaga dengan kondukstif itas termal 386 W/ m K. Tembaga tersebut membangkitkan panas sebesar 10e6 W. Material yang menutupi / mengelilinginya terbuat dari baja dengan konduktifitas termal 20 W/ m K. Sirip t erbuat dari aluminium dengan konduktifitas termal 180 W/ m K. Satuan yang digunakan dalam permasalahan ini adalah SI Kondisi batas :Terdapat konveksi sepanjang tepi / batas system kecuali d sisi bawah, yang akan d isolasi. Koefisien lapisan film 50 W/ m2 K dan temperature sekitar 20oC. Objective: Untuk menentukan distribusi temperature dan untuk mengetahui temperature maksimum pada komponen tersebut.
39
Program ANSYS PRE-PROCESSOR Men-setting Work Plane - Pilih ansys utility menu >> workplane >> wp settings
Pilih tombol cartesian and grid only, masukkan nilainya seperti pd Gb 3
Cart esian : Menggunakan system koordinat cartesius
Grid Only : Hanya menampilkan grid (petak-petak)
Enable Snap : Mengaktifkan snap ( fasilitas untuk memudahkan mencari titik yg d kehendaki )
Snap Incremental : Kenaikan / perbedaan jarak snap
Spacing : beda jarak pada grid
Minimum : koordinat minimal
Maximum : koordinat maksimal
Tolerance : toleransi grid
Pada WP setting besarnya spacing adalah 0.01. Ini maksudnya tiap petak pada grid sebesar 0.01 m ( 1 cm ).
- Jika cartesian grid nya belum muncul - workplane >> display working plane
40
Membuat Area -preprocessor >> modeling >> create >> areas >> rectangle >> 2 corners
Untuk membuat rectangle dengan ukuran lebar 5 cm dan tinggi 3 cm (geometri besi), maka diperlukan 5 petak arah horizontal dan 3 petak vertikal. Pilih salah satu titik pada grid sebagai salah satu sudut dari rectangle 5x3. Setelah itu pilih titik lain pada grid sebagai sudut lain yang bersebarangan dari sudut sebelumnya. Untuk membuat geometri lain yait u tembaga dan aluminium caranya sama. Membuat rectangle 1x1untuk material tembaga Membuat rectangle 5x2 untuk material aluminium sebagai fin. Kemudian membuat 2 rectangle 1x1 yang nantinya akan d potongkan pada rectangle 5x2 untuk membentuk fin tersebut.
-prerocessor >> modeling >> operate >> Boolean >> overlap >> areas. Pilih material baja kemudian pilih material tembaga. Klik OK -preprocessor >> modeling >> operate >> Boolean >> glue >> areas. Pilih material baja kemudian pilih material aluminium. Klik OK Alasan mengapa kita tidak melalukan operasi Glue pada tembaga dan baja, karena telah dilakukan overlap. Sedangkan pada material baja dan aluminium harus dilakukan operasi Glue. 41
Properti Elemen - Preprocessor >> tipe elemen >> add/ edit/ delete. Pada jendela ‘element type’. Klik add
- Ketik 1 pada element type reference number - Klik thermal mass solid dan pilih quad 8node 77. Klik OK. Tutup jendela element type - Jadi kita sudah memilih elemen tipe 1 sebagai elemen termal. Material Properties - preprocessor >> material properties >> material models - thermal >> conductivity >> isotropic ( pada window Define Material Model Behavior : material >> new model >> define material id
KXX (Thermal Conduct ivity)
Material Number 1
Material Number 2
Material Number 3
Steel
Alumunium
Copper
20
180
386 42
Meshing - Membagi area kedalam element - preprocessor >> meshing >> size controls >> manual size >> lines >> all lines
43
- preprocessor >> meshing >> mesh att ributes >> default att ributes -Material Number 1. Klik OK - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> - pilih geometri material besi. Klik OK
Untuk material 2 - preprocessor >> meshing >> mesh att ributes >> default att ributes -Material Number 2. Klik OK - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> - pilih geometri material aluminium. Klik OK
Untuk material 3 - preprocessor >> meshing >> mesh att ributes >> default att ributes -Material Number 3. Klik OK - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> free >> - pilih geometri material tembaga. Klik OK
Catatan : Jadi sebelum melakukan mesh pada geometri tersebut, harus disesuaikan dengan material numbernya dahulu.
44
Kondisi Batas - preprocessor >> loads >> define loads >> apply >> thermal >> heat generate >> on keypoints. Pilih sudut2 dari geometri tembaga HGEN 10e6
- preprocessor >> loads >> define loads >> apply >> thermal >> convection >> on lines. Pilih semua garis tepi kecuali yang bagian bawah. Klik OK
Film Coefficient 50
Bulk Temperature 20. Klik OK.
45
SOLUTION - solution >> solve >> current LS. POST-PROCESSING - general postproc >> plot result >> Contour plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> Nodal Temperature
46
Perpindahan Panas Kondisi Transient pada Satu Dimensi menggunakan ANSYS 10 ED.
PENDAHULUAN Dalam latihan ini, kit a akan mempelajari tentang konduksi panas 2D menggunakan ANSYS 10 ED. Plat yang akan digunakan mempunyai dimensi tertentu d beri temperatur pada pada tepi-tepinya. Analisa yang digunakan dalam kondisi transient.
Program ANSYS PRE-PROCESSOR Tipe elemen - preprocessor >> element type >> add/edit/ delete. Pada jendela 'element t ype'. klik add
Properti Material - preprocessor >> material properties >> material models (add)
thermal >> conductivit y >> isotropic KXX 1. Klik OK
thermal >> specific heat C 3. Klik OK
thermal >> density DENS10. Klik OK
Membuat Area -preprocessor >> modelling >> create >> areas >> rectangle >> by dimension koordinat (X1,Y1) adalah (0,0) koordinat (X2,Y2) adalah (10,20)
Meshing - preprocessor >> meshing >> size cntrl >> manual size >> lines >> picked lines Pilih 2 garis vertikal. Klik OK
NDIV >> 4 Untuk sisi horizontal, langkah-langkah nya sama tp NDIV 20
Melakukan meshing pada area - preprocessor >> meshing >> mesh >> areas >> mapped >> 3 or 4 sided >> pick all
Mesh >> Area
Shape >> Quad, Mapped
3 or 4 sided
Solution - solut ion >> analysis type >> new analysis
ANTYPE >> Transient
TRNOPT >> Full
Kondisi Batas - solution >> define loads >> aplly >> thermal >> temperature >> on nodes
Select >> Pick Select >> Box drag area klik OK
Pick node
Loads on node
drag area
DOFs to be constrained
Value TEMP
Node d tepi Verikal kiri
TEMP
100
Node d tepi Verikal kanan
TEMP
0
- solution >> define loads > apply >> initial condit'n >> define (pick all)
Lab >> TEMP
VALUE >> 0
- solution >> load step opts >> time/ fr equenc >> time – time step
TIME >> 5
DELTIM >> 5/100
Klik OK
- solut ion >> load step opts >> output ctrls > DB/ result s file
FREQ >> Every substep
- solution >> solve >> current LS
Klik OK. Tunggu sampai proses nya selesai. Klik Close
POST-PROCESSING - general postproc >> read result s >> first set (detik 0.05) - general postproc >> plot results >> contour plot >> nodal solution nodal solution >> dof solution >> temperature
- general postproc >> read result s >> next set (0.1 detik)
- general postproc >> read results >> by time (0.5 detik)
TIME >> 0.5
- general postproc >> read result s >> last set (5 detik)
- general postproc >> plot results >> vector plot >> predefined (5 detik)
- plot ctrls >> numbering NODE >> ON
- plot >> elements
- general postproc >> path operations >> define path >> by nodes
Pick Node No 47 and 24
Name >> y025
- general postproc >> path operations >> plot path
- general postproc >> path operations >> map onto path Lab >> t025
- general postproc >> path operations >> plot path item >> on graph
Lab >> T025
- general postproc >> path operations >> map onto path
- general postproc >> path operations >> plot path item >> on graph
- general postproc >> path operations >> plot path item >> on geometry
