Ruang Diskusi: Ansys CFX K-Epsilon

Berikut adalah rangkuman diskusi mengenai pemodelan Ansys CFX yang memakai parameter K-Epsilon. Diskusi ini berawal dari pertanyaan saya di suatu milis migas mengenai pemodelan suatu aliran di dalam pipa menggunakan software Ansys. Inti diskusi bukan pada software Ansys tapi megenai pemodelan aliran: turbulen atau laminar. Mengapa memakai K-Epsilon? Mungkin ada yang mau menambahkan komentarnya.

Pertanyaan nya:

Yang terhormat rekan-rekan,
Saya baru belajar software Ansys CFX dari tutorial yg emang bawaan ANSYS tersebut. Di tutorial tersebut saat set-up Physics Definition, kolom isian TURBULENCE dI isi dengan k-Epsilon (pilihan lainnya adalah LAMINAR dan SHEAR STRESS TRANSPORT..yg ingin saya tanyakan apa itu k-epsilon? mengapa dalam pemodelan menggunakan k-epsilon, bukan pilihan laminar atau shear stress transport? ini saya tambahkan informasi dari tutorial mengenai pemodelan tersebut:

Gambar 1. Aliran fluida yang di campur di suatu mixer. Gambar dari tutorial Ansys CFX.

This tutorial simulates a static mixer consisting of two inlet pipes delivering water into a mixing vessel; the water exits through an outlet pipe. A general workflow is established for analyzing the flow of fluid into and out of a mixer. Water enters through both pipes at the same rate but at different temperatures. The first entry is at a rate of 2 m/s and a temperature of 315 K and the second entry is at a rate of 2 m/s at a temperature of 285 K. The radius of the mixer is 2 m. Your goal in this tutorial is to understand howto use ANSYS CFX to determine the speed and temperature of the water when it exits the static mixer.

hasil dari googling mengenai k-epsilon (yg membuat saya tambah bingung)
The Standard K-Epsilon Model is a de facto standard version of the two-equation model that involves transport equations for the turbulent kinetic energy and its dissipation rate

terima kasih

MB

Jawaban 1

Saya tidak pernah menggunakan CFX tapi pada prinsipnya k-Epsilon digunakan untuk memodelkan aliran turbulen (lawannya aliran laminar).

Mengapa menggunakan k-Epsilon (turbulen) dan bukannya laminar? Pada prinsipnya, kita selalu akan menjumpai aliran turbulen karena fluida mempunyai viskositas. Tetapi kadang kala engineer perlu / bisa mengabaikan viskositas sehingga cukup dimodelkan dengan laminar.

Lalu kapan kita memodelkan turbulen atau laminar, biasanya disesuaikan dengan faktor yang disebut angka Reynolds (Re). Re >1×10^6 = turbulen.

Maaf mungin tidak banyak membantu.

-Ika-

Jawaban 2

terima kasih pencerahannya.
dalam tutorial tersebut goal-nya adalah mencari temperatur dan velocity fluida pada outlet mixer yg mencampur fluida dari dua inlet. analisa saya, pilihan turbulen atau laminar akan menghasilkan hasil komputasi yg berbeda. turbulence menghasilkan perpindahan panas yg lebih baik daripada laminar, sehingga temperatur fluida pada outlet akan berbeda antara hasil pemodelan laminar dan pemodelan turbulence. pertanyaannya adalah mana yang paling mendekati? kapan kita harus memakai pemodelan turbulence dan kapan kita harus memakai pemodelan laminar? tergantung jenis fluida kah (viskositasnya)?

MB

Jawaban 3

langsung saja ya1. apa itu k-epsilon. Dalam upaya memodelkan aliran turbulen, salah satu pendekatan yang dilakukan adalah dengan metode yang disebut RANS (reynold average navier stoke). Dalam metode ini banyak sekali lagi cabangnya, mulai dari model 1 persamaan (Prandtl Mxing Length), 2 persamaan (k-eps, k-omega) juga ada 3 persamaan. Kenapa seringkali paket komersial CFD memilih K-Eps, jawabannya karena pendekatan ini popular, dan ada konstanta empiris yang sudah cukup sering digunakan. Singkatnya, K-Eps adalah salah satu metode yang populer untuk memodelkan aliran turbulen.
Jika mau penjelasan yang lebih detail lagi silahkan tanya saja lagi. 

2. Kenapa kok yang dipilih k-eps, karena dalam kasus tutorial anda aliran fluidanya turbulen, tentu saja model laminar tidak mencukupi untuk mencoba mendekati fenomena fisik yang terjadi. Anda juga bisa menggunakan SST (shear stress transport), pada dasarnya ini berbasis K-Omega model, dengan beberapa perbaikan.

salam,
Gandi R. S
sedang menggeluti bidang multiphase/flow assurance/well flow

Jawaban 4

Dear,

Seperti yang telah disampaikan oleh Bapak Gandi sudah benar, hanya ada
penambahan penjelasan sedikit untuk K-Eps, dalam analisa turbulensi ada beberapa
metode yang digunakan dalam pemodelan turbulensi fluida di ANSYS-CFX, pada menu
turbulensi dibagi dua yaitu aliran laminar atau turbulen, sedangkan turbulensi
itu sendiri ada 3 metode yang terdapat di Ansys yaitu metode K-Eps, K-omega dan
SST.

1. metode K-Eps diperuntukkan untuk simulasi fluida untuk kasus yang baik untuk
memprediksi aliran untuk daerah di Free Stream velocity tanpa gangguan dasar
laut

2. metode K-omega diperuntukkan untuk daerah simulasi fluida yang di dekat dasar
laut akibat morfologi dasar laut.

3. sedangkan metode K-omega itu terdiri dari BSL dan SST, SST biasanya digunakan
untuk permukaan dasar laut yang mempunyai kekasaran tinggi.

Mungkin tambahan di atas dapat memberikan sedikit gambaran untuk pemodelan awal
di ANSYS-CFX.

Terima kasih.

Salam,
Dirta M.C.

Jawaban 5

Benar sudah seharusnya pilihan antara laminar dan turbulen akan menghasilkan profil distribusi temperatur dan velocity yang berbeda, karena
secara fisik memang berbeda. Pada aliran laminar, distribusi velocity akan mengikuti profil parabolic. Sementara pada aliran turbulen, aliran terjadi secara stokastik, sebagian peneliti mengatakan turbulensi berlangsung secara kaos dan random,
akibatnya ditribusi velocity nya pun berlangsung secara acak juga, jika berkaitan dengan perpindahan panas tentu saja panas akan terdistribusi dengan acak juga dan memiliki resistansi yang lebih rendah karena konveksi fluida berlangsung lebih intens dibanding pada aliran laminar.

Jika akan membandingkan, silahkan coba dengan 2 kasus yang berbeda, dan bandingkanlah hasilnya. Ini cara yang baik untuk mempelajari apa yang terjadi. Sebagai ‘clue’ kapan menggunakan pilihan turbulen atau laminar, adalah dari nilai Re-nya.
Jika Re diatas 2100 (untuk aliran pipa) maka bisa digunakan pemodelan turbulen dan sebaliknya. Mixing fluida bisa saja terjadi dalam 2 rejim tersebut, dan itu tergantung dari nilai Re-nya.
Nilai Re merupakan fungsi dari viskositas fluida, kecepatan dan geometri pipa (diameter). Silahkan coba searching lebih dalam lagi tentang arti fisik bilangan ini.

Semoga bisa membantu dan salam kenal,

Gandi R. S