Perpustakaan Digital ITB

Dalam bidang militer, fenomena dispersi zat polutan di atmosfer dijadikan sebagai dasar pengembangan sensor pendeteksi senjata NUBIKA (Nuklir Biologi Kimia). Dispersi atmosfer adalah kombinasi dari difusi akibat gerakan turbulent eddies dan adveksi akibat angin, yang dipengaruhi oleh banyak faktor meteorologis. Fenomena ini biasanya terjadi dalam domain berukuran besar dan terdiri dari aliran dengan adanya perbedaan temperatur serta penghalang (obstacle). Adanya perbedaan temperatur menyebabkan munculnya gaya buoyancy yang dapat mempengaruhi gerak aliran. Profil konsentrasi rata-rata terhadap waktu dalam dispersi atmosfer akan membentuk profil Gaussian. Dengan adanya dispersi atmosfer, pengukuran kualitas udara di setiap tempat dan waktu tertentu menjadi hal yang penting namun sulit untuk dilakukan. Sebagai solusinya, berbagai jenis pemodelan dispersi telah banyak dikembangkan. Dalam tesis ini, dispersi dimodelkan menggunakan Computational Fluid Dynamics sebagai fluida berfasa tunngal dengan metode Smoothed Particle Hydrodynamics. SPH adalah metode meshfree lagrangian yang mengganti penggunaan grid dengan sekumpulan partikel. Untuk setiap partikel, aproksimasi properti pada setiap time step dipengaruhi oleh sekumpulan partikel di sekitarnya. Setiap partikel berevolusi terhadap waktu berdasarkan persamaan atur. Dalam tesis ini, algoritma linked-list (metode pencarian partikel tetangga) diterapkan untuk mengurangi waktu komputasi yang lama akibat domain berukuran besar. Gaya buoyancy dimodelkan menggunakan aproksimasi SPH terhadap persamaan energi dalam bentuk temperatur dan aproksimasi Boussinesq. Penghalang dalam aliran dimodelkan dengan solid wall boundary condition, sedangkan angin dimodelkan dengan inflow/outflow boundary condition. Untuk mengatasi permasalahan numerik dalam metode SPH yaitu tensile instabilities, digunakan teknik particle shifting. Parameter yang mempengaruhi akurasi pemodelan adalah resolusi partikel, ukuran domain, dan smoothing length. Algoritma SPH kemudian diterapkan untuk memodelkan kasus elevated single dan multiple line source dalam aliran yang seragam serta untuk memodelkan kasus dengan atmospheric boundary layer dan buoyancy. Properti konsentrasi yang diperoleh kemudian dibandingkan dengan solusi eksak dan solusi FVM. Pemodelan SPH yang dilakukan menghasilkan konsentrasi yang cukup akurat untuk semua kasus, kecuali kasus dengan adanya buoyancy.