Dinamika fluida komputasi, biasanya disingkat sebagai CFD (Computational Dynamics Fluid),

adalah cabang dari mekanika fluida yang menggunakan metode numerik dan algoritma untuk

memecahkan dan menganalisis masalah yang melibatkan dari aliran fluida tersebut. Pada analisis

ini komputer digunakan untuk melakukan perhitungan yang diperlukan untuk mensimulasikan

interaksi cairan dan gas dengan permukaan yang didefinisikan oleh kondisi batas, dengan

kecepatan tinggi superkomputer, agar hasil analisis yang lebih baik dapat dicapai. Diberbagai

penelitian yang sedang berlangsun, banyak menghasilkan perangkat lunak yang meningkatkan

akurasi dan kecepatan skenario simulasi yang kompleks seperti mengalir transonik atau

turbulen. Validasi awal dari perangkat lunak tersebut dilakukan menggunakan terowongan angin

dengan validasi akhir datang dalam tes penerbangan.

Dasar fundamental dari hampir semua masalah CFD adalah persamaan Navier-Stokes, yang

mendefinisikan aliran fluida satu fasa.Persamaan ini dapat disederhanakan dengan menghapus

istilah yang menggambarkan viskositas untuk menghasilkan persamaan Euler.Penyederhanaan

lebih lanjut, dengan menghapus istilah yang menggambarkan vortisitas menghasilkan persamaan

potensi penuh.Akhirnya, persamaan ini dapat linierisasi untuk menghasilkan persamaan

potensiallinierisasi.

Secara historis, metode pertama kali dikembangkan untuk memecahkan persamaan Potensi

Linearized. Metode dua dimensi, dengan menggunakan transformasi konformal aliran sekitar

silinder dengan aliran sekitar sebuah airfoil dikembangkan pada tahun 1930. Kekuatan komputer

pengembangan serba tersedia tiga-dimensi metode. Makalah pertama pada metode tiga-dimensi

praktis untuk memecahkan persamaan potensial linierisasi diterbitkan oleh John Hess dan

AMO Smith dari Douglas Aircraft pada tahun 1967. Metode ini discretized permukaan geometri

dengan panel, menimbulkan kelas ini program-program yang disebut Metode Panel.Metode mereka

sendiri disederhanakan, dalam hal itu tidak termasuk aliran mengangkat dan karenanya terutama

diterapkan untuk kapal lambung dan fuselages pesawat. Panel Kode mengangkat pertama (A230)

telah dijelaskan dalam makalah yang ditulis oleh Paulus Rubbert dan Gary Saaris Pesawat Boeing

pada tahun 1968. Dalam waktu, lebih maju tiga-dimensi Kode Panel dikembangkan di Boeing

(PANAIR, A502), Lockheed (Quadpan), Douglas (HESS), McDonnell Aircraft (MACAERO), NASA

(PMARC) dan Metode Analitis (WBAERO, USAERO dan VSAERO) . Beberapa (PANAIR, HESS dan

MACAERO) adalah kode untuk tinggi, menggunakan distribusi agar lebih tinggi dari singularitas

permukaan, sementara yang lain (Quadpan, PMARC, USAERO dan VSAERO) digunakan singularitas

tunggal pada setiap panel permukaan. Keuntungan dari kode yang lebih rendah adalah bahwa

mereka berlari lebih cepat pada komputer waktu. Hari ini, VSAERO telah berkembang menjadi kode

multi-order dan merupakan program yang paling banyak digunakan dari kelas ini.Telah digunakan

dalam pengembangan kapal selam banyak, kapal permukaan, mobil, helikopter, pesawat terbang,

dan baru-baru turbin angin. Kode sister, USAERO merupakan metode panel goyah yang juga telah

digunakan untuk pemodelan hal-hal seperti kereta api kecepatan tinggi dan yacht balap. Kode

NASA PMARC dari versi awal VSAERO dan turunan dari PMARC, bernama CMARC, juga tersedia

secara komersial.

 

Dalam dunia dua dimensi, sejumlah Kode Panel telah dikembangkan untuk analisis dan desain

airfoil. Kode biasanya memiliki analisis lapisan batas disertakan, sehingga efek viskos dapat

dimodelkan.Profesor Richard Eppler dari University of Stuttgart mengembangkan kode PROFIL,

sebagian dengan pendanaan NASA, yang menjadi tersedia pada awal tahun 1980. Ini segera diikuti

oleh kode XFOIL MIT Profesor Mark Drela itu. Kedua PROFIL dan XFOIL menggabungkan dua-

dimensi kode panel, ditambah dengan kode batas lapisan untuk kerja analisis airfoil. PROFIL

menggunakan metode transformasi konformal untuk desain airfoil invers, sementara XFOIL

memiliki baik transformasi konformal dan metode panel terbalik untuk desain airfoil.

Langkah menengah antara Kode Panel dan kode Potensi Penuh adalah kode yang digunakan

persamaan transonik Gangguan Kecil.Secara khusus, kode tiga-dimensi WIBCO, dikembangkan

oleh Charlie Boppe Pesawat Grumman pada awal tahun 1980 telah melihat penggunaan berat.

Pengembang berpaling ke kode Potensi Penuh, sebagai metode panel tidak bisa menghitung aliran

non-linier hadir pada kecepatan transonik. Gambaran pertama dari cara menggunakan persamaan

Potensi Penuh diterbitkan oleh Earll Murman dan Julian Cole dari Boeing pada tahun 1970. Frances

Bauer, Paul dan David Korn Garabedian dari Courant Institute di New York University (NYU) menulis

serangkaian kode dua-dimensi Potensi Kendali airfoil yang banyak digunakan, yang paling penting

yang bernama Program H. Sebuah pertumbuhan lebih lanjut Program H dikembangkan oleh Bob

Melnik dan kelompoknya di Grumman Aerospace sebagai Grumfoil.Antony Jameson, awalnya di

Grumman Aircraft dan Courant Institute of NYU, bekerja dengan David Caughey untuk

mengembangkan kode tiga-dimensi penting Potensi Penuh FLO22 pada tahun 1975. Banyak kode

Potensi Kendali muncul setelah ini, yang berpuncak pada (A633) kode Tranair Boeing, yang masih

melihat penggunaan berat.

Langkah berikutnya adalah persamaan Euler, yang berjanji untuk memberikan solusi yang lebih

akurat arus transonik. Metodologi yang digunakan oleh Jameson dalam tiga-dimensi kode FLO57

nya (1981) digunakan oleh orang lain untuk menghasilkan program-program seperti program TIM

Lockheed dan program MGAERO IAI / Metode Analytical ‘. MGAERO adalah unik dalam menjadi

kode jala terstruktur Cartesian, sementara sebagian besar kode-kode lain seperti penggunaan

jaringan tubuh pas terstruktur (dengan pengecualian kode CART3D sangat sukses NASA, kode

SPLITFLOW Lockheed dan Georgia Tech NASCART-GT) [3] Antony Jameson juga.mengembangkan

kode tiga-dimensi Pesawat terbang (1985) yang memanfaatkan grid tetrahedral terstruktur.

Dalam dunia dua dimensi, Mark dan Michael Giles Drela, siswa pascasarjana di MIT,

mengembangkan ISES Euler Program (sebenarnya suite program) untuk desain airfoil dan

analisis. Kode ini pertama kali tersedia pada tahun 1986 dan telah dikembangkan lebih lanjut

untuk merancang, menganalisis dan mengoptimalkan airfoil tunggal atau multi-elemen, sebagai

program UMK. UMK melihat luas digunakan di seluruh dunia. Sebuah turunan dari UMK, untuk

desain dan analisis airfoil dalam kaskade, adalah Mises, dikembangkan oleh Harold “Guppy”

Youngren ketika dia menjadi mahasiswa pascasarjana di MIT.

Navier-Stokes persamaan adalah target utama pengembang. Kode dua-dimensi, seperti kode

ARC2D NASA Ames ‘pertama kali muncul.Sejumlah tiga-dimensi kode dikembangkan (ARC3D,

overflow, CFL3D tiga sukses NASA kontribusi), menyebabkan paket komersial banyak.

  

          Dalam semua pendekatan prosedur dasar yang sama diikuti. Selama preprocessing geometri

(batas-batas fisik) dari masalah didefinisikan.

Volume yang ditempati oleh cairan dibagi ke dalam sel diskrit (mesh).Mesh mungkin seragam

seragam atau non. Pemodelan fisik didefinisikan – misalnya, persamaan gerak + radiasi + entalpi,

spesies konservasi.

Kondisi batas didefinisikan. Hal ini melibatkan menentukan perilaku fluida dan sifat pada batas dari

masalah. Untuk masalah sementara, kondisi awal juga ditetapkan.

Simulasi dimulai dan persamaan diselesaikan iteratif sebagai steady state atau transient.

Akhirnya postprocessor yang digunakan untuk analisis dan visualisasi dari solusi yang

dihasilkan. metode discretization, stabilitas discretization dipilih umumnya didirikan numerik

daripada analitis seperti masalah linear sederhana. Perhatian khusus juga harus diambil untuk

memastikan bahwa discretization menangani solusi diskontinu anggun. Persamaan Euler dan

persamaan Navier-Stokes baik mengakui guncangan, dan permukaan kontak.

Beberapa metode diskritisasi yang digunakan adalah:

Finite Volume Method (FVM) atau Metode Finite Volume adalah pendekatan yang umum

digunakan dalam kode CFD. Persamaan yang mengatur diselesaikan melalui volume kontrol

diskrit. Metode volume terbatas menyusun kembali persamaan diferensial parsial yang mengatur

(biasanya persamaan Navier-Stokes) dalam bentuk konservatif, dan kemudian discretize

persamaan baru. Hal ini menjamin konservasi fluks melalui volume kontrol tertentu. Yang

terbatas menghasilkan persamaan volume yang mengatur persamaan dalam bentuk,

          Dimana Q adalah vektor variabel dilestarikan, F adalah vektor dari fluks (lihat persamaan

Euler atau persamaan Navier-Stokes), V adalah volume dari elemen kontrol volume, dan luas

permukaan elemen volume kontrol.

Finite Element Method (FEM) atau Elemen Hingga Metode adalah digunakan dalam analisis

struktural dari padatan, tetapi juga berlaku untuk cairan. Namun, formulasi fem membutuhkan

perawatan khusus untuk memastikan solusi konservatif. Perumusan FEM telah diadaptasi untuk

digunakan dengan dinamika fluida yang mengatur persamaan. Meskipun fem harus hati-hati

dirumuskan untuk menjadi konservatif, jauh lebih stabil dibandingkan dengan pendekatan

volume terbatas Namun, FEM dapat memerlukan memori lebih dari FVM. Dalam metode ini,

sebuah persamaan tertimbang sisa terbentuk:

          Dimana Ri adalah persamaan sisa pada elemen simpul i, Q adalah persamaan konservasi

dinyatakan atas dasar elemen, Wi adalah faktor berat badan, dan Ve adalah volume elemen.

Finite Difference Method (FDM) atau Metode Beda Hingga, memiliki sejarah penting dan

sederhana untuk program. Hal ini saat ini hanya digunakan dalam kode khusus beberapa.

Modern Kode beda hingga menggunakan sebuah batas tertanam untuk menangani geometri

yang kompleks, membuat kode-kode yang sangat efisien dan akurat. Cara lain untuk menangani

geometri termasuk penggunaan tumpang tindih grid, dimana solusinya adalah interpolated di

jaringan masing-masing.

 

dimana Q adalah vektor variabel dilestarikan, dan F, G, dan H adalah fluks dalam x, y, dan z

masing-masing arah.

-   Metode Elemen Batas

Dalam metode elemen batas, batas ditempati oleh fluida dibagi menjadi mesh permukaan.

-      Resolusi tinggi skema

Resolusi tinggi yang digunakan di mana skema guncangan atau diskontinuitas yang

hadir. Menangkap perubahan yang tajam dalam larutan membutuhkan penggunaan skema

numerik kedua atau lebih tinggi agar tidak memperkenalkan osilasi palsu. Hal ini biasanya

memerlukan penerapan limiter fluks untuk memastikan bahwa solusi yang variasi total berkurang.

Sekian pengertian dari Sistem  Analisis CFD yang saya Share, sesuai dengan kemampuan dan

pengetahuan yang saya miliki.