Perpustakaan Digital ITB

Pada sekarang ini, metode dinamika fluida komputasional (CFD) telah banyak digunakan untuk menyelesaikan permasalahan mekanika fluida, sebagai alternatif dari metode eksperimen yang lebih mahal. Dalam metode CFD, domain fisik didiskritisasikan dengan menggunakan mesh/grid, sel, titik atau partikel. Meskipun demikian, metode yang berbasis pada grid membutuhkan sumber daya yang tinggi dalam pembentukan grid untuk kasus kompleks, berdeformasi, dan objek yang bergerak. Metode meshfree (tanpa mesh) yang dikembangkan pada partikel-partikel juga memiliki kekurangan, terutama dalam penyelesaian masalah N-body yang membutuhkan waktu komputasi sebesar orde O(N2). Pengembangan metode akselerasi adalah salah satu prasyarat penting untuk mempercepat waktu komputasi. Berdasarkan hal tersebut, resolusi yg lebih detail maupun orde yang lebih tinggi pada beberapa prosedur numerik dapat digunakan untuk memberikan hasil-hasil yang lebih akurat, tanpa memerlukan biaya komputasi yang lebih tinggi. Di dalam penelitian ini, metode Vortex-in-Cell (VIC) dan Vortex Element Method (VEM) yang merupakan bagian dari Vortex Method (VM) akan dikembangkan. Algoritma hibrida VIC dimana metode meshfree dan metode berbasis grid dikombinasikan sebagai algoritma gabungan antara metode partikel dan grid. Metode VIC bekerja dengan cara menginterpolasi kekuatan sirkulasi antar-partikel ke mesh. Metode ini memiliki kelebihan berupa persamaan Poisson dapat diselesaikan dan dipercepat dengan teknik Fast Fourier Transform. Metode elemen vortex klasik, yaitu Metode Partikel Vortex yang menggunakan fungsi Green untuk menyelesaikan persamaan Poisson juga dapat dipercepat menggunakan Fast Multipole Method (FMM). Selain itu, vortisitas dari tiap partikel akan didifusikan dengan pemodelan difusi Particle Strength Exchange (PSE) yang dapat dipercepat dengan menggunakan skema linked-list. Perlakuan terhadap kondisi batas adalah masalah untuk banyak peneliti yang meneliti tentang aliran fluida di sekitar benda, baik dengan metode berbasis grid atau metode tanpa grid (meshfree). Dalam proses pemodelan kondisi batas untuk mensimulasikan permasalahan-permasalahan kondisi batas, penalisasi Brinkman orde tinggi yang ada telah diterapkan untuk bagian grid pada metode VIC untuk menyelesaikan kesulitan dalam perlakuan kondisi batas. Untuk metode partikel VEM, sebuah model immersed boundary condition juga dikembangkan berdasarkan penalisasi Brinkman untuk memastikan terpenuhinya kondisi batas no-slip. Dalam penelitian ini, kode numerik berdasarkan algoritma VIC dan VEM telah dikembangkan. Performa dari metode ini akan dievaluasi dengan menyelesaikan beberapa kasus unbounded/bounded flow. Peningkatan terhadap hasil telah dicapai. Pada kenyataannya, kebanyakan permasalahan praktis mempunyai bilangan Reynolds yang relatif tinggi dimana membutuhkan ukuran partikel yang lebih kecil. Oleh karena itu, kami mencoba megembangkan skema Large Eddy Simulation (LES) untuk mengatasi kebutuhan ukuran partikel yang kecil tersebut supaya dapat digantikan oleh partikel dengan ukuran yang lebih besar. Namun dengan tetap memiliki hasil yang dapat diterima.